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       無線安全技術的完善，使得該技術在最近幾年內(nèi)，從不受信任、僅能作為某個技術備胎的新鮮事物，逐步發(fā)展成為數(shù)據(jù)通訊的基石以及日常生活不可分割的一步分。據(jù)預測：很快，大多數(shù)人會將擁有的移動智能手機作為其重要的計算機工具。無線已經(jīng)成為很多人通訊的選擇。然而，如果沒有有效的數(shù)據(jù)安全，無線技術就不會獲得發(fā)展，人們?nèi)匀粫蕾囉芯€網(wǎng)絡，盡管存在費用以及其它方面的不方便。

數(shù)據(jù)安全

       何謂安全？我們都有需要保護的事物。在現(xiàn)實世界，我們有房屋和汽車；在數(shù)字世界，我們有個人數(shù)據(jù)，如社保號、在線密碼和保密郵件交換等等。工、商業(yè)用戶則希望保護它們的知識產(chǎn)權以及產(chǎn)品免受侵犯。

       然而，我們會經(jīng)?？吹侥承┍砻嫔峡雌饋肀容^安全的公司網(wǎng)絡被黑客攻擊，而束手無策。那我們?nèi)绾伪Ｗo我們的財產(chǎn)不被盜竊或侵犯？這種擔心由來已久。安全的基礎是：我們自己可以不受妨礙的獲取我們的財產(chǎn)，而其它人卻受到限制或根本不能接觸。

       在現(xiàn)實世界，我們將門鎖上，并用鑰匙來打開它。在數(shù)字王國，我們輸入一系列的數(shù)字和字母的組合來進入計算機或獲取數(shù)據(jù)。最基本的原則是，有鎖和鑰匙，這個比喻要牢記腦海中。鑰匙對鎖是唯一的；沒有其它的鑰匙可以開啟它。鎖可以被取走，或者被破壞（暴力方法）；鑰匙可能被盜竊或借走。所有的安全措施都有類似的弱點。

         圖1：秘鑰必須同時與客戶端和接入點相匹配。將秘鑰，包括其完整性校驗值（ICV），以及密鑰流整合到一起，來加密純文本報文。圖片來源：多樣化技術服務公司。

數(shù)據(jù)的訪問控制

       無線安全可以包含幾種不同的部分，這取決于個人或公司安全保護的需要。小型系統(tǒng)，比如小型辦公室/家庭辦公室的路由器或個人無線局域網(wǎng)（WLAN），一般通過密碼來限制接入網(wǎng)絡。大型企業(yè)WLAN也需要密碼，但是還需要額外的授權和加密的方法，該方法依靠授權服務器來控制對無線網(wǎng)絡的接入。大型企業(yè)還將流量限制為不同的角色，并依靠虛擬局域網(wǎng)（VLAN）和其它方法來對網(wǎng)絡流量進一步細分。這些技術使得管理員可以控制數(shù)據(jù)，還可以依據(jù)工作職責或部門等層級來決定誰可以獲取數(shù)據(jù)。

       無線入侵檢測系統(tǒng)（WIDS）也被用來發(fā)現(xiàn)和減少未經(jīng)授權的用戶，并持續(xù)監(jiān)控網(wǎng)絡；在大多數(shù)情況下這些系統(tǒng)非常有效，但是費用也比較高。最后，這一點也是經(jīng)常被忽視的，無論WLAN規(guī)模的大小，必須有一個安全策略。大多數(shù)網(wǎng)絡漏洞都受所謂的“社會工程”所累。這個詞描繪的過程為：一個人由于受騙，將他或她的證明文件出示給未經(jīng)授權的人。一個可靠的安全政策，在教育人們?nèi)绾伪苊庖蚴茯_、或受迫而將授權證書出示給未經(jīng)授權的人方面十分有效。

無線網(wǎng)絡安全標準的發(fā)展

       曾經(jīng)，無線網(wǎng)絡是有點昂貴的新鮮事物，并且沒有用于任何關鍵應用上。開放系統(tǒng)授權（OSA），是早期用于網(wǎng)絡接入的方法，僅僅由接入點（AP）向客戶端查詢，以便確保客戶端設備兼容IEEE 802.11。當有線網(wǎng)絡太貴或者無法實現(xiàn)時，無線被用作有線網(wǎng)絡的延伸。隨著WLAN設施應用的越來越廣泛，開發(fā)、實施某種途徑來確保無線網(wǎng)絡的安全也應需而生。

       保障無線網(wǎng)絡安全的首次嘗試就是所謂的有線等效加密（WEP）。WEP的目的就是為無線網(wǎng)絡提供一種等效的數(shù)據(jù)可靠性驗證方法，正如在有線網(wǎng)絡中作用一樣。WEP用隨機產(chǎn)生的24位“初始向量”（IV），以及一個40或104位的靜態(tài)秘鑰（分別用于64位或128位WEP）來加密純文本。秘鑰必須同時與客戶端和接入點相匹配。

       WEP受制于其內(nèi)在的缺陷，這種缺陷與密鑰的構建和IV的重復使用有關。IV被用于傳播純文本，這樣就有可能通過各種技術試探IV的復用和沖突，從而確定秘鑰。其完整性校驗值（ICV）基于循環(huán)冗余校驗CRC-32，而這種方法本質(zhì)上不是用于安全傳輸?shù)?；這就提供了另外一種試探的方法。使用常用工具，WEP能夠在10秒鐘內(nèi)被攻破；因此WEP不再被使用，而且應該避免使用，即使在小型辦公室環(huán)境下亦是如此。

       臨時密鑰完整性協(xié)議（TKIP）被設計用于修補IV復用事宜。盡管使用的是現(xiàn)有設備，TKIP能夠提供數(shù)據(jù)安全，因為它們可以通過固件的升級而實現(xiàn)升級。TKIP由IEEE 802.11i任務組和Wi-Fi聯(lián)盟聯(lián)合開發(fā)，用于替代WEP。它已經(jīng)成為無線保護訪問（WPA）的基礎。這只是一個過渡措施，在更強健的安全機制被開發(fā)并投入使用前，提供的一種解決方案。TKIP使用動態(tài)產(chǎn)生的唯一128位加密秘鑰，或者稱之為“臨時秘鑰”，而WEP使用的是靜態(tài)秘鑰。一個被稱為“4次握手協(xié)議”的過程，發(fā)生在接入點和客戶端設備之間，用于產(chǎn)生這些秘鑰。每幀還會指定一個序列號；如果某個幀接收時不在序列之內(nèi)，則會被拒絕。

       此外，由于使用了復雜的密鑰，再加上開發(fā)更強密鑰流的過程，就可以解決密鑰太弱以及密鑰復用的問題。設計TKIP的目的是用于使用WEP加密的過時設備；RC4密碼在TKIP中也有所使用。最后，實現(xiàn)了增強的數(shù)據(jù)完整組合：報文完整性編碼（MIC）。盡管TKIP的使用在WPA中是強制性的，但是在WAP2中確是可選的，因為WAP2強制使用CCMP-AES加密。

        圖3：CCMP加密過程框圖。CCMP使用AES組密碼，該組密碼能夠處理組內(nèi)數(shù)據(jù)，加密方法一般稱之為CCMP/AES

IEEE 802.11和CCMP/AES

        自從認識到無線網(wǎng)絡技術的應用正在呈指數(shù)級增長，而安全在支持該技術發(fā)展方面至關重要之后，IEEE 802.11i工作組就開始研究能夠確保無線網(wǎng)絡安全的先進方法。

       從IEEE 802.11i修正案開始，強健安全網(wǎng)絡（RSN）和強健安全網(wǎng)絡聯(lián)合（RSNA）就被引入以便為安全無線網(wǎng)絡提供框架。一般來講，成功的授權意味著交易的雙方相互驗證了對方的身份，并已經(jīng)生成動態(tài)加密密鑰來確保安全數(shù)據(jù)的傳輸。

       WPA2是一種復雜的安全方法，該方法借鑒了美國聯(lián)邦信息處理標準（FIPS-197）所提供的先進加密方法。WPA/WPA2的命名由Wi-Fi聯(lián)盟開發(fā)，鏡像了IEEE標準控制工程網(wǎng)版權所有，它實際上是一種認證，確保設備能夠遵循一種常用的安全標準。WPA2規(guī)定了兩種類型的安全：用于小型和小型辦公室/家庭辦公室網(wǎng)絡的密碼授權控制工程網(wǎng)版權所有，以及用于企業(yè)網(wǎng)絡的802.1X/EAP安全。

       WPA2強制使用一種新協(xié)議，計數(shù)器模式與密文塊鏈接報文認證碼協(xié)議（CCMP）。CCMP使用AES分組密碼；代替在WEP中所使用的RC4密碼以及臨時密鑰完整性協(xié)議。分組密碼在數(shù)據(jù)塊中處理數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)流密碼，比如RC4則以串行數(shù)據(jù)流的形式逐位加密。這種加密方式一般稱之為CCMP/AES。CAES使用128位密鑰，來加密128位數(shù)據(jù)組。CCMP/AES進行了多項改進，包括臨時密鑰（TK）、分組編碼、一次性數(shù)據(jù)（僅使用一次的數(shù)字或位字符串）、上層加密、附加的授權數(shù)據(jù)（AAD）。應當明白的是：AES是一種標準而不是協(xié)議。AES標準規(guī)定了Rijndael對稱分組密碼的使用，它能使用128、192、和256位的密鑰來加密128位的數(shù)據(jù)組。

      CCMP是一種安全協(xié)議。它遵循精心設計的步驟，該步驟包括使用AES所規(guī)定算法來加密敏感數(shù)據(jù)。CCMP由可以提供特定功能的專門部件組成。它也使用一個臨時密鑰來完成所有的加密和數(shù)據(jù)完整性過程?！?/span>

縱深防御策略的5個技巧

        利用先進的網(wǎng)絡安全和系統(tǒng)監(jiān)控功能，能夠改進電源可靠性、降低能源消耗。允許網(wǎng)絡接入引發(fā)了工業(yè)企業(yè)對網(wǎng)絡安全問題的擔憂，縱深防御措施將會對此有所幫助。

       為了做出智能電源管理的決定，以便降低能源消耗、改善電源可靠性非常關鍵的一點是監(jiān)視并了解電源是如何被利用的，盡管收集和獲取這些信息會引起大家對網(wǎng)絡安全的關注。通過工業(yè)控制系統(tǒng)所實現(xiàn)的監(jiān)視功能，可被用于獲取設備的信息，從而避免停機、了解系統(tǒng)參數(shù)和診斷信息，但是同時也會造成一種新的風險：接觸到未經(jīng)授權的信息，或者為未經(jīng)授權的用戶提供無意識的接觸到設備運行及參數(shù)設定的機會。

“縱深防御”是一種在組織內(nèi)的多個層面建立不同屏障的策略，以確保工業(yè)控制系統(tǒng)的安全。關于“縱深防御”的5個技巧包括：

1. 在工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡內(nèi)的多個網(wǎng)段和區(qū)域之間，為通訊建立防火墻以便增加更嚴格的多重規(guī)則；

2. 通過將關鍵元件分組并將其與傳統(tǒng)的商業(yè)IT網(wǎng)絡隔離開來，從而在已建立的防火墻中建立非管制區(qū)；

3. 部署入侵檢測和預防系統(tǒng)，著力識別出在工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡中可能出現(xiàn)的偶發(fā)事件；

4. 針對工業(yè)控制網(wǎng)絡的安全，建立良好的審查政策、流程、標準和指導方針，并用文本記錄；

5. 持續(xù)進行安全評估和培訓，確保工業(yè)控制系統(tǒng)的安全，以及依靠這些工業(yè)控制系統(tǒng)的人們的安全。

（作者：Daniel E. Capano）