JP2006013781A

JP2006013781A - 無線通信システム及び無線通信システムにおける盗聴防止方法

Info

Publication number: JP2006013781A
Application number: JP2004186507A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kachi; 靖司可知
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2006-01-12
Also published as: US20060018480A1

Abstract

【課題】現在の端末機器には手を加えずに、ＷｅａｋＩＶ収集による解析を防ぐようにすることを目的とする。
【解決手段】アクセスポイント１０１と、アクセスポイント１０１とパケットを通信する端末１０２と、を備える無線通信システムにおける盗聴防止方法において、アクセスポイント１０１は、パケットを受信したらＩＶ（initial vector）を含むか否かを判断し、ＩＶを含む場合、所定の暗号鍵とは異なる暗号鍵を用いて暗号化された攪乱パケットを送信することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信システム及び無線通信システムにおける盗聴防止方法に関し、特に、盗聴端末での解析処理を混乱させるようなパケットを送信する無線通信システム及び無線通信システムにおける盗聴防止方法に関する。

無線ＬＡＮが広く普及するようになり、通信環境は有線ＬＡＮに比べて格段に便利になってきている。

有線ＬＡＮではスイッチングＨＵＢの普及により他人のデータを受信すること自体が困難であり、セキュリティに気を使う必要はあまりなかった。

しかし、無線ＬＡＮでは基本的に同報になってしまうため他人のデータを受信することが可能であり、内容を解読されないためのセキュリティはＷＥＰ暗号に頼っている。

ＷＥＰ方式の脆弱性は数年前から指摘されており、現在では解読するためのフリーソフトも入手できる状況となっている。

無線ＬＡＮの暗号化方式には、主に以下の３つの方式がある。
ＷＥＰ６４／１２８（ＷｉｒｅｄＥｑｕｉｖａｌｅｎｔＰｒｉｖａｃｙ）
ＴＫＩＰ（ＴｅｍｐｏｒａｌＫｅｙＩｎｔｅｇｒｉｔｙＰｒｏｔｏｃｏｌ）
ＡＥＳ（ＡｄｖａｎｃｅｄＥｎｃｒｙｐｔｉｏｎＳｔａｎｄａｒｄ）
上記の無線ＬＡＮの暗号化方式の中では、ＷＥＰが一番古い暗号方式であり、ほぼ全ての無線ＬＡＮ機器で実装されている。

ＷＥＰは機器の相互接続性では他の２方式に比べて圧倒的に有利だが、特定のパターンを持つＩＶ（初期化ベクター：ＩｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎＶｅｃｔｏｒ）を使用したときの暗号強度が弱く、その脆弱性が指摘されている。

特定パターンを持つＩＶを弱いＩＶ（ＷｅａｋＩＶ）と呼んでおり、ＷｅａｋＩＶを利用した脆弱性を指摘する文献及び解析ツールがオープンソースとして公開されている。脆弱性を指摘する文献としては非特許文献１があり、ツールには、ａｉｒｓｎｏｒｔがある。

本願に関係する文献としては、特許文献１及び２にあげるものがある。
特開２００４−０１５７２５号公報特開２００４−０６４５３１号公報ＳｃｏｔｔＦｌｕｈｕｒｅｒ，ＩｔｓｉｋＭａｎｔｉｎ，ＡｄｉＳｈａｍｉｒＷｅａｋｎｅｓｓｉｎｔｈｅＫｅｙＳｃｈｅｄｕｌｉｎｇＡｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆＲＣ４［平成１６年６月１７日検索］インターネット＜ＵＲＬ；http://www.drizzle.com/~aboba/IEEE/rc4_ksaproc.pdf＞

しかしながら、通常、Ｌｉｎｕｘの知識を持った普通の技術者であれば、数時間のパケットを盗聴することでＷＥＰの解読が可能である。

ＴＫＩＰやＡＥＳは新しい方式のため暗号鍵が解読される可能性は低いが、ユーザの手元にある無線ＬＡＮ機器で新しい方式に対応できるとはかぎらない。

ホットスポットなどの公衆サービスであれば、ＴＫＩＰやＡＥＳなどのより高度な技術を利用することも止むを得ないが、自宅でＷＥＢアクセスをする程度の使い方ではＴＫＩＰやＡＥＳはオーバースペックであり、機器の価格上昇や既存機器との相互接続性を考えるとＷＥＰが望ましい。

また、ＴＫＩＰ及びＡＥＳは、ＷＥＰに比べてより複雑な処理が必要なため、ＣＰＵパワーやメモリを多く消費するので、コスト面で不利である。

また、ＴＫＩＰやＡＥＳではＷＥＰ単独の場合に比べてプロトコルが複雑になるため、ちょっとした設定ミスでも通信不能になり、一般ユーザ向けにはまだまだ安定していない。ＴＫＩＰやＡＥＳではどうしてもトラブル解析のための専門知識が必要になる。

もし、全てのＷＬＡＮ機器に手を加えることが可能であれば、ＷｅａｋＩＶを使用しないように機器のプログラムを修正する方法もあるが、組み込み装置や古い機器では不可能な場合もあると考えられる。

そもそも、無線ＬＡＮ機器がＷｅａｋＩＶを使用しなければ脆弱性の問題は回避できるが、すでに相当数出荷されている機器全てに今から「ＷｅａｋＩＶをしないようにするための改造」をすることは困難であり、組み込み機器では不可能の場合もある。

今までの盗聴方法は、盗聴端末は暗号鍵が一つであるという前提で暗号鍵の推測を試みる。

仮に、パスワードが‘ＡＢＣＤＥ’だったとすると、使われているパスワードが‘ＡＢＣＤＥ’だけなら、ＷｅａｋＩＶを有するパケットを受信するごとに、
‘．．Ｃ．．’→‘．ＢＣ．．’→‘．ＢＣ．Ｅ’
というように推測して、最後‘ＡＢＣＤＥ’と判断する。再確認として、複数の盗聴パケットを暗号鍵‘ＡＢＣＤＥ’で復調して、もとのＩＰパケットが得られるか否かを調べた上で、‘ＡＢＣＤＥ’が正しかったと判断する。

そこで、本発明は、現在の端末機器には手を加えずに、ＷｅａｋＩＶ収集による解析を防ぐようにすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、アクセスポイントと、当該アクセスポイントとＷＥＰ（Wired Equivalent Privacy）に基づきあらかじめ設定された第１の暗号鍵で暗号化されたパケットを通信する端末と、を備える無線通信システムにおける盗聴防止方法において、前記アクセスポイントは、前記パケットを受信したら、特定のビットパターンを有するＷｅａｋＩＶ（initial vector）を含むか否かを判断し、前記ＷｅａｋＩＶを含む場合、前記第１の暗号鍵とは異なる第２の暗号鍵を用いて暗号化された攪乱パケットを送信することを特徴とする。

また、本発明は、アクセスポイントと、当該アクセスポイントとパケットを通信する端末と、を備える無線通信システムにおいて、前記アクセスポイントは、前記パケットを受信したらＩＶ（initial vector）を含むか否かを判断する判断手段と、所定の暗号鍵とは異なる暗号鍵を用いて暗号化された攪乱パケットを送信する攪乱パケット送信手段と、を備え、ここで；前記判断手段が前記ＩＶを含むと判断したら、前記攪乱パケット送信手段が前記攪乱パケットを送信することを特徴とする。

また、本発明は、アクセスポイントと、当該アクセスポイントとパケットを通信する端末と、を備える無線通信システムのアクセスポイントにおいて、前記アクセスポイントは、前記パケットを受信したらＩＶ（initial vector）を含むか否かを判断する判断手段と、所定の暗号鍵とは異なる暗号鍵を用いて暗号化された攪乱パケットを送信する攪乱パケット送信手段と、を備え、ここで；前記判断手段が前記ＩＶを含むと判断したら、前記攪乱パケット送信手段が前記攪乱パケットを送信することを特徴とする。

本発明によれば、既存の無線ＬＡＮ機器に手を加えることなく、現在の端末機器には手を加えずに、ＷｅａｋＩＶ収集による解析を防ぐことができるようになった。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。

［第１の実施の形態］
［構成の説明］
図１は、本発明の一実施の形態の無線通信システムの構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施の形態は、アクセスポイント（ＡＰ）１０１と、アクセスポイント１０１とＷＥＰ（Wired Equivalent Privacy）に基づきあらかじめ設定された第１の暗号鍵（ｋｅｙ１）で暗号化されたパケットを通信する端末（ＳＴＡ１）１０２と、アクセスポイント１０１と端末１０２とが通信するパケットを傍受する盗聴端末（ＳＴＡ２）１０３と、を備えている。

盗聴端末１０３は、アクセスポイント１０１と端末１０２とが通信するパケットを受信するだけで、送信することはない。

図２は、本実施の形態のアクセスポイント１０１の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、アクセスポイント１０１は、装置全体を制御するＣＰＵ１０１（ａ）と、ＣＰＵ１０１（ａ）の制御プログラムを格納するＲＯＭ１０１（ｂ）と、無線通信を行う無線通信部１０１（ｃ）と、を備えており、アクセスポイント１０１はＣＰＵ１０１（ａ）の制御で動作する。

図３は、本実施の形態の無線通信システムで通信されるパケットを示す図である。

図３（ａ）は、アクセスポイント１０１と端末１０２とで通信されるパケットであり、図３（ｂ）は、アクセスポイント１０１がパケットを受信した際に、確認のために送信するＡＣＫ（acknowledgement）パケットである。

図３（ａ）において、平文パケット２０１は暗号化されないパケットを示し、ＷＥＰ暗号化パケット２０２はＷＥＰ方式で暗号化されたパケットを示す。

また、ＩＶ（initial vector）ヘッダ部２０３は、ＷＥＰ暗号化パケットのＩＶヘッダ部の詳細を示す。

平文パケット２０１は、８０２．１１ヘッダと、ＬＬＣ（Logical Link Control）ヘッダと、ＩＰヘッダと、データ部と、ＦＣＳ（Frame Check Sequence）とから構成されている。通常の無線ＬＡＮシステムでは、ＦＣＳはＣＲＣ−３２が使用されている。

ＷＥＰ暗号化パケット２０２は、平文パケット２０１をＷＥＰ方式で暗号化したときのパケットで、平文パケット２０１に、ＩＶヘッダ２０３及びＩＣＶが付加されている。本実施の形態では、ＩＶヘッダ及びＩＣＶは４バイトである。

なお、本実施の形態では、通常の暗号鍵である第１の暗号鍵を使用して暗号化されたパケットと、通常とは異なる暗号鍵である第２の暗号鍵（ｋｅｙ２）を使用して暗号化されたパケットとが通信される。

８０２．１１ヘッダには、宛先を示す情報と送信元を示す情報とが含まれている。

ＩＶとは、パケットを暗号化する際の初期値のことをいい、暗号鍵とは別のものを指す。通常、ＩＶは、パケットごとに異なるものを使用する。というのは、パケットごとに同じものを使用すると、盗聴されたパケットが規則的になり暗号鍵を推測しやすくなるため、通常、ＩＶはパケットごとに異なるものが使用されている。

ＩＶヘッダ２０３は、ＩＶ（初期化ベクトル）、パディング及び鍵ＩＤとで構成されている。本実施の形態では、ＩＶ（初期化ベクトル）は２４ビット、パディングは６ビット、鍵ＩＤは２ビットで構成されている。

パディングとは、一定サイズのフォーマットとしてデータを構成する場合に、データ量が不足する場合に補填されるデータを指す。

２４ビットのＩＶ（初期化ベクトル）のうち、下記ビットパターンに該当するものが、ＷｅａｋＩＶとよばれるものである。

ＢＢＢＢＢＢ１１，１１１１１１１１，ＸＸＸＸＸＸＸＸ
ＢＢＢＢＢＢ：脆弱性を示す鍵位置
ＸＸＸＸＸＸＸＸ：任意
例えば、ＢＢＢＢＢＢ＝００００００の場合はＷＥＰ鍵の０バイト目の解読に使用できる。ＢＢＢＢＢＢ＝０００００１の場合はＷＥＰ鍵の１バイト目の解読に使用できる。

また、図３（ｂ）に示すように、ＡＣＫパケットは、行き先を示す成分と、ＡＣＫの成分とで構成されている。

なお、本実施の形態では、盗聴端末１０３は収集したパケットが全て同一鍵で暗号化されているという前提で解析するため、異なる鍵が混ざっているパケットを収集しても鍵解析は不可能である。

［動作の説明］
図４は、本実施の形態の無線ＬＡＮシステムのアクセスポイント１０１における動作を示すフローチャートである。

図４に示すように、アクセスポイント１０１は、端末１０２からＷＥＰ暗号化方式で暗号化されたパケットを受信すると（ステップＳ３０１）、ＡＣＫパケットを送信する（ステップＳ３０２）。

受信したパケットのＩＶがＷｅａｋＩＶであるか否かを判断し（ステップＳ３０３）、ＷｅａｋＩＶであった場合には（ステップＳ３０３／Ｙｅｓ）、ＷｅａｋＩＶ及び通常使用される暗号鍵とは異なる暗号鍵を用いて暗号化された攪乱パケットを送信する（ステップＳ３０４）。

盗聴端末１０３は、ＷｅａｋＩＶを含むすべてのパケットで使用される暗号鍵を用いて、受信したパケットの暗号鍵を解析しようとする。

そのため、盗聴端末１０３は、通常使用される暗号鍵とは異なる暗号鍵を用いて暗号化された攪乱パケットを受信した場合、通常使用される暗号鍵を用いて暗号化されたパケットであるか、通常使用される暗号鍵とは異なる暗号鍵も用いて暗号化されたパケットであるか判断できず、結果的に、暗号鍵を解析することができない。

図５は、端末間におけるパケット通信を示すシーケンスである。

図５に示すように、アクセスポイント１０１と端末１０２で通信されるパケットは盗聴端末１０３で傍受される。第１の暗号鍵で暗号化されたパケットと第２の暗号鍵で暗号化されたパケットが通信される。

［他の動作例］
図６は、本実施の形態の無線ＬＡＮシステムのアクセスポイント１０１の他における動作例を示すフローチャートである。

図６に示すように、アクセスポイント１０１は、端末１０２からＷＥＰ暗号化方式で暗号化されたパケットを受信すると（ステップＳ４０１）、ＡＣＫパケットを送信する（ステップＳ４０２）。

受信したパケットのＩＶがＷｅａｋＩＶであるか否かを判断し（ステップＳ４０３）、ＷｅａｋＩＶであった場合には（ステップＳ４０３／Ｙｅｓ）、ＷｅａｋＩＶ及び通常使用される暗号鍵とは異なる暗号鍵を用いて暗号化された攪乱パケットを送信するタスクを起動する（ステップＳ４０４）。

まず、ＷｅａｋＩＶ及び通常とは異なる暗号鍵を生成する（ステップＳ４０５）。

次いで、生成したＷｅａｋＩＶ及び暗号鍵を用いて、パケットを暗号化し送信する（ステップＳ４０６）。

所定時間待ち（ステップＳ４０７）、再びＷｅａｋＩＶ及び通常とは異なる暗号鍵を生成する（ステップＳ４０５）。

上記のステップＳ４０５からＳ４０７を繰り返すことによって、所定間隔で攪乱パケットを送信し続ける。

本動作例では、攪乱パケットを送信するタスクを終了する契機はないが、無線ＬＡＮでは帰属（Ａｓｏｃｉａｔｉｏｎ）の仕組みが含まれているため、アクセスポイントでの帰属情報を元にタスクを終了することができる。

また、ステップＳ４０７における所定時間の値を小さくすることで、攪乱パケットの割合を増やすことが可能となる。

［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。

本実施の形態は、基本的なデータ構造及び端末構成は上記の第１の実施の形態と同様なので、データの構造の変更部分の説明及び動作の説明を行なう。

本実施の形態では、アクセスポイント１０１が送信するパケットは、送信元がＳＴＡ１で宛先がＡＰである。アクセスポイント１０１がアクセスポイント１０１向けに送信するパケットであり、通常ではありえないパケットである。

また、本実施の形態では、上記のアクセスポイント１０１がアクセスポイント１０１向けにパケットを送信した後に、ＡＣＫパケットを送信するが、これは正常に受信できたように見せかけるためのダミーパケットである。

図７は、本実施の形態の無線ＬＡＮシステムのアクセスポイント１０１における動作例である。

図７に示すように、アクセスポイント１０１は、ＷＥＰ暗号化方式で暗号化されたパケットを受信すると（ステップＳ５０１）、ＡＣＫパケットを送信する（ステップＳ５０２）。

受信したパケットのＩＶがＷｅａｋＩＶであるか否かを判断し（ステップＳ５０３）、ＷｅａｋＩＶであった場合には（ステップＳ５０３／Ｙｅｓ）、ＷｅａｋＩＶ及び通常使用される暗号鍵とは異なる暗号鍵を用いて暗号化された攪乱パケットをアクセスポイント１０１向けに送信する（ステップＳ５０４）。

次いで、ダミー用のＡＣＫパケットを再度送信し（ステップＳ５０５）、処理は終了する。

盗聴端末１０３はＡＰ１０１及び端末１０２が送信するパケットを全て受信する。

第１の実施の形態の場合は撹乱パケットの後にＡＣＫパケットが送信されていないので、より巧妙な盗聴者であれば、ＡＣＫパケットが存在しないので盗聴防止用のパケットかもしれないと判断するかもしれない。本実施の形態では撹乱パケットが送信された後にＡＣＫパケットが送信されているので、攪乱パケットである否かを判断がよりつきにくくなる。よって、第１の実施の形態の場合に比べてより盗聴されにくい手法と言える。

図８は、本実施の形態の端末間におけるパケット通信を示すシーケンスである。

図８に示すように、アクセスポイント１０１と端末１０２で通信されるパケットは盗聴端末１０３で傍受される。第１の暗号鍵で暗号化されたパケットと第２の暗号鍵で暗号化されたパケットが通信される。

本発明の第１の実施の形態の無線通信システムの構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態のアクセスポイント１０１の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態で通信されるパケットを示す図である。本発明の第１の実施の形態の無線ＬＡＮシステムのアクセスポイント１０１における動作を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態の端末間におけるパケット通信を示すシーケンスである。本発明の第１の実施の形態の無線ＬＡＮシステムのアクセスポイント１０１の他における動作例を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態の無線ＬＡＮシステムのアクセスポイント１０１における動作例である。本発明の第２の実施の形態の端末間におけるパケット通信を示すシーケンスである。

符号の説明

１０１アクセスポイント
１０２端末
１０３盗聴端末

Claims

アクセスポイントと、当該アクセスポイントとＷＥＰ（Wired Equivalent Privacy）に基づきあらかじめ設定された第１の暗号鍵で暗号化されたパケットを通信する端末と、を備える無線通信システムにおける盗聴防止方法において、
前記アクセスポイントは、前記パケットを受信したら特定のビットパターンを有するＷｅａｋＩＶ（initial vector）を含むか否かを判断し、
前記ＷｅａｋＩＶを含む場合、前記第１の暗号鍵とは異なる第２の暗号鍵を用いて暗号化された攪乱パケットを送信することを特徴とする無線通信システムにおける盗聴防止方法。
前記攪乱パケットは送信され所定時間経過後、再度送信されることを特徴とする請求項１記載の無線通信システムにおける盗聴防止方法。
前記攪乱パケットは前記アクセスポイントを宛先として送信され、その後、ＡＣＫ（acknowledgement）パケットが送信されることを特徴とする請求項１記載の無線通信システムにおける盗聴防止方法。
アクセスポイントと、当該アクセスポイントとＷＥＰ（Wired Equivalent Privacy）に基づきあらかじめ設定された第１の暗号鍵で暗号化されたパケットを通信する端末と、を備える無線通信システムにおいて、
前記アクセスポイントは、前記パケットを受信したら特定のビットパターンを有するＷｅａｋＩＶ（initial vector）を含むか否かを判断する判断手段と、
所定の暗号鍵とは異なる暗号鍵を用いて暗号化された攪乱パケットを送信する攪乱パケット送信手段と、を備え、ここで；
前記判断手段が前記ＩＶを含むと判断したら、前記攪乱パケット送信手段が前記攪乱パケットを送信することを特徴とする無線通信システム。
前記アクセスポイントは、前記攪乱パケットを所定の時間を計測する計測手段をさらに備え、
前記攪乱パケットは前記計測手段によって所定時間が経過したことを計測された後、再度送信されることを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
前記アクセスポイントは、前記攪乱パケットは前記アクセスポイントを宛先として送信する手段と、
ＡＣＫ（acknowledgement）パケットを送信する手段と、をさらに備え、
前記攪乱パケットが前記アクセスポイントを宛先として送信された後に、前記ＡＣパケットが送信されることを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
アクセスポイントと、当該アクセスポイントとＷＥＰ（Wired Equivalent Privacy）に基づきあらかじめ設定された第１の暗号鍵で暗号化されたパケットを通信する端末と、を備える無線通信システムのアクセスポイントにおいて、
前記アクセスポイントは、前記パケットを受信したら特定のビットパターンを有するＷｅａｋＩＶ（initial vector）を含むか否かを判断する判断手段と、
所定の暗号鍵とは異なる暗号鍵を用いて暗号化された攪乱パケットを送信する攪乱パケット送信手段と、を備え、ここで；
前記判断手段が前記ＩＶを含むと判断したら、前記攪乱パケット送信手段が前記攪乱パケットを送信することを特徴とするアクセスポイント。
前記攪乱パケットを所定の時間を計測する計測手段をさらに備え、
前記攪乱パケットは前記計測手段によって所定時間が経過したことを計測された後、再度送信されることを特徴とする請求項７記載のアクセスポイント。
前記攪乱パケットは前記アクセスポイントを宛先として送信する手段と、
ＡＣＫ（acknowledgement）パケットを送信する手段と、をさらに備え、
前記攪乱パケットが前記アクセスポイント向けに送信された後に、前記ＡＣパケットが送信されることを特徴とする請求項７記載のアクセスポイント。