基于IEEE802.11i的无线AP安全机制的研究

论文摘要

基于802.11标准的无线局域网中,无线AP安全机制主要有共享密钥认证、SSID认证、MAC地址认证和WEP的安全机制来保证。但这些认证和加密机制存在巨大的安全漏洞,无法保证无线网络的安全。本文在分析现有安全机制的基础上,针对安全漏洞从认证和数据加密两方面进行了研究,提出了解决方案:在数据加密方面,使用AES算法,有效的解决了初始化向量IV过短和密钥流重复的问题;在认证方面,采用了基于802.1x的认证技术,解决了WEP机制中密钥共享的隐患及客户端和无线AP的双向认证问题。硬件实现AES算法具有更高的处理速度,更可靠的保密性等优点,本文详细分析了AES算法的硬件设计。对AES算法的字节变换、行变换和列混淆变换进行了算法优化,实现了加密和解密的电路共享。仿真验证了设计的正确性,并很大程度上减少了硬件资源的占用率,综合后的数据与传统的查找表方式相比较,节约了大量的资源。本文以无线AP提供更安全的认证为目的,通过详细分析了802.1x端口访问控制协议和端口控制原理,设计了认证状态转换图和端口认证主控模块。最后,设计和实现了基于ARM9的支持IEEE 802.11i的新型的AP硬件系统。系统中用FPGA作为密码协处理器,用Verliog HDL在FPGA提供的逻辑资源中实现了AES加密算法电路。这种硬件加速的方式,极大的提升了AP系统的密码运算能力。同时提供了灵活的FPGA配置方式,便于扩充和升级。通过系统测试,对文中提出和实现的基于增强型安全机制的无线AP方案进行了测试,测试结果该无线AP具有较高的转发速率,具有较高吞吐量和较低传输时延,基本上达到预期的目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源和研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 无线AP 研究现状
• 1.2.2 无线局域网安全研究现状
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第2章 基于IEEE 802.11i 的无线AP 安全机制研究
• 2.1 无线AP
• 2.2 无线AP 传统安全机制
• 2.2.1 数据加密机制
• 2.2.2 认证机制
• 2.3 无线AP 传统安全机制存在的安全隐患
• 2.3.1 数据加密机制安全漏洞
• 2.3.2 认证机制缺陷
• 2.4 基于IEEE 802.11i 的无线AP 安全机制增强方案
• 2.4.1 数据加密机制增强方案
• 2.4.2 认证机制增强方案
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于AES 和802.1x 的无线AP 安全机制设计
• 3.1 AES 算法
• 3.1.1 AES 加密变换
• 3.1.2 AES 解密变换
• 3.2 AES 算法的硬件实现方法
• 3.3 AES 算法优化
• 3.3.1 SubBytes/InvSubBytes 优化
• 3.3.2 ShiftRows/InvShiftRows 优化
• 3.3.3 MixColumns/ InvMixColumns 优化
• 3.4 AES 算法硬件设计的总体结构
• 3.5 各模块设计
• 3.5.1 控制模块
• 3.5.2 加/解密模块
• 3.5.3 输入/输出模块
• 3.5.4 密钥扩展模块
• 3.6 802.1x 原理分析
• 3.6.1 802.1x 的组成
• 3.6.2 端口控制原理
• 3.7 802.1x 认证设计
• 3.7.1 认证状态转换图
• 3.7.2 端口认证模块
• 3.7.3 主体认证模块
• 3.8 本章小结
• 第4章 基于增强型安全机制的无线AP 硬件实现
• 4.1 系统总体设计
• 4.1.1 系统功能需求分析
• 4.1.2 基于S3C2410 的嵌入式系统总体方案
• 4.2 系统硬件设计及实现
• 4.2.1 硬件各模块设计
• 4.2.2 系统硬件实现
• 4.3 AES 算法硬件实现与验证
• 4.3.1 功能仿真
• 4.3.2 AES 算法的综合
• 4.3.3 AES 算法的FPGA 验证
• 4.4 系统测试及分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢