JP2006019897A

JP2006019897A - 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: JP2006019897A
Application number: JP2004193840A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kachi; 靖司可知
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-01-19
Also published as: US20060002559A1

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ＷＥＰ（Wired Equivalent Privacy）に基づきあらかじめ設定された暗号鍵で暗号化された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、ＷｅａｋＩＶを含む場合、パケットが盗聴されることを防止するための妨害信号を送信する。
【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。

近年、無線ＬＡＮが普及するようになり、有線ＬＡＮのみのときに比べて、通信環境は格段に便利になってきている。

有線ＬＡＮに通信では、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、セキュリティにあまり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’で復号化して、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、前記パケットが復号化されることを防止するための妨害信号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ＷＥＰ（Wired Equivalent Privacy）に基づきあらかじめ設定された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、前記パケットが復号化されることを防止するための妨害信号を送信する妨害信号送信手段と、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、前記妨害信号送信手段が前記妨害信号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ＷＥＰ（Wired Equivalent Privacy）に基づきあらかじめ設定された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、前記パケットが復号化されることを防止するための妨害信号を送信する妨害信号送信手段と、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、前記妨害信号送信手段が前記妨害信号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。

［構成の説明］
図１は、本発明の一実施の形態として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、図４及び図５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を示す図である。

図３において、平文パケット３０１は暗号化されていないパケットを示し、ＷＥＰ暗号化パケット３０２はＷＥＰ方式で暗号化されたパケットを示す。

ＩＶ（initial vector）ヘッダ部３０３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３０１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３０２は、平文パケット３０１をＷＥＰ方式で暗号化したときのパケットで、平文パケット３０１にＩＶヘッダ３０３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。

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３０３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。

図４は、アクセスポイント１０１がパケットを受信した際に、確認のために端末１０２に送信されるＡＣＫ（acknowledgement）を示す図である。

図４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。

図５は、アクセスポイント１０１が送信する妨害信号を示す図である。

図５に示すように、妨害信号は、白色雑音（ホワイトノイズ）であり、アナログ回路における受信を妨害するものである。

図６は、アクセスポイント１０１が発生する妨害信号によってゴミデータにされたパケットを示す図である。

図６に示すように、暗号データ、ＩＣＶ及びＦＣＳの部分が、ゴミデータとなっている。

妨害信号３０５によって元の暗号化データが妨害されるため、妨害信号の電力が大きい場合は妨害されたゴミデータ３０６はほとんど白色雑音と同じになり、アナログ回路での復号化そのものができなくなる。

この場合、盗聴端末１０３は端末１０２からアクセスポイント１０１に向けて送信したＷｅａｋＩＶを含むパケットそのものを受信できないため、暗号鍵の解読が不可能になる。

仮にアナログ回路での復号化ができてパケットとして受信できたとしても、妨害信号によってビットが化けた状態で受信することになる。

この場合は、ＩＣＶ又はＦＣＳの検査でビット化けを検出することになり、不正パケットとして破棄される。

よって、盗聴端末１０３ではＷｅａｋＩＶを含むパケットの受信ができなくなり、解読が不可能となる。

［動作の説明］
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における動作を示すフローチャートである。

最近のＷＬＡＮチップではシーケンスに関わる処理をＤＳＰによるソフトウエアで行なうことが多いため、フローチャートにて説明する。

図７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）、受信したパケットのＩＶがＷｅａｋＩＶであるか否かを判断する（ステップＳ４０２）。

ＷｅａｋＩＶであった場合には（ステップＳ４０２／Ｙｅｓ）、妨害信号を送信する（ステップＳ４０３）。

パケットの受信タイミングが終了した時点で、ＡＣＫパケットを送信する（ステップＳ４０４）。

また、ＷｅａｋＩＶでなかった場合には（ステップＳ４０２／Ｎｏ）、パケットを復号化し（ステップＳ４０５）、ＷＥＰ暗号化パケットが正しいか否かが判断され（ステップＳ４０６）、ＯＫであれば（ステップＳ４０６／Ｙｅｓ）、ＡＣＫパケットを送信して（ステップＳ４０７）、処理を終了する。

ＯＫでなければ（ステップＳ４０６／Ｎｏ）、ＡＣＫパケットを送信せずに処理を終了する。

図８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８に示すように、アクセスポイント１０１は受信パケットのＩＶがＷｅａｋＩＶの場合だけ送出して、端末１０２が暗号化データを受信できないように妨害する。

暗号鍵で暗号化されたパケットが通信される。

本動作例では、アクセスポイント１０１が受信するパケットは盗聴端末１０３が受信するパケットと同じため破棄される。

よって、通常のアクセスポイント１０１の動作であればＡＣＫを返すことはないが、ＡＣＫを返さないと、無線ＬＡＮの通常のプロトコルに従い、端末１０２がパケット１１１を再送する。

再送したパケットも妨害信号により受信が妨害されるため、何度再送してもアクセスポイント１０１は受信できない。

再送回数は通常４回程度に設定されており、この回数を超えると端末１０２では異常終了する。

よって、ＷｅａｋＩＶを有するパケットに対して妨害信号を送信した場合は再送を防ぐために、強制的にＡＣＫを送信する。

なお、正常送信していないにもかかわらず、ＡＣＫを返しているためパケット抜けが発生するが、ＷｅａｋＩＶの場合だけパケット抜けとなるため頻度が極めて小さい。

また、もともとＬＡＮではパケット抜けを許容しているので、特に問題とならない。

［他の動作例］
図９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の他の動作例を示すシーケンスである。

上記の動作例では、パケット受信処理が終了した時点でＡＣＫパケットを送信していたが、本動作例ではそれをしていない。

無線ＬＡＮ端末１０２及びアクセスポイント１０１である。２１１はＷｅａｋＩＶを持ったＷＥＰ暗号化パケットである。

アクセスポイント１０１は受信パケットのＷｅａｋＩＶを検出すると妨害信号２１３を送出する。

アクセスポイント１０１はパケット２１１の受信中に自ら妨害電波を出すため、パケット２１１を正常に受信できないため、ＡＣＫパケットを送信しない。無線ＬＡＮ端末１０２はＡＣＫパケットを受信できないため、パケット２１１と同一パケット２１２を再送する。パケット（２１２）は同一パケットなので、やはりＷｅａｋＩＶを持つことになり、アクセスポイント（２０２）は妨害信号（２１４）を送出する。

無線ＬＡＮ端末１０２とアクセスポイント１０１は上記動作を繰り返し、最終的には再送リミットに達した時点で無線ＬＡＮ端末１０２は障害となる。

障害が発生したときの動作は端末毎に異なるため一概には言えないが、一般的な動作としては通信障害としてアプリケーションが強制終了する。

よって、図１に示したとおりＡＣＫ１１３を送信することにより、アプリケーションでの強制終了を避けながら、ＷＥＰの脆弱性を回避することができる。

本発明の一実施の形態としての無線通信システムの構成を示すブロック図である。本発明の一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。アクセスポイント１０１と端末１０２とで通信されるパケットを示す図である。アクセスポイント１０１がパケットを受信した際に、確認のために端末１０２に送信されるＡＣＫ（acknowledgement）を示す図である。アクセスポイント１０１が送信する妨害信号を示す図である。アクセスポイント１０１が発生する妨害信号によってゴミデータにされたパケットを示す図である。本発明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。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の他の動作例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（ＳＴＡ１）
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、前記パケットが復号化されることを防止するための妨害信号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。
前記アクセスポイントは、前記妨害信号が送信された後に、ＡＣＫ（acknowledgement）パケットを送信す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、
前記パケットが復号化されることを防止するための妨害信号を送信する妨害信号送信手段と、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、前記妨害信号送信手段が前記妨害信号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、ＡＣＫ（acknowledgement）パケットを送信するＡＣＫパケット送信手段をさらに備え、ここで；
前記妨害信号が送信された後に、前記ＡＣＫパケット送信手段はＡＣＫパケットを送信することを特徴とする請求項３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、
前記パケットが復号化されることを防止するための妨害信号を送信する妨害信号送信手段と、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、前記妨害信号送信手段が前記妨害信号を送信することを特徴とするアクセスポイント。
前記アクセスポイントは、ＡＣＫ（acknowledgement）パケットを送信するＡＣＫパケット送信手段をさらに備え、ここで；
前記妨害信号が送信された後に、前記ＡＣＫパケット送信手段はＡＣＫパケットを送信することを特徴とする請求項５記載のアクセスポイント。