專利名稱：一種uwb避免拒絕服務(wù)攻擊的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，特別涉及一種保證UWB無線網(wǎng)絡(luò)安全的方法。
背景技術(shù)：
UffB (Ultra WideBand)是超寬帶無線通信技術(shù)的縮寫。是一種使用IGHz以上帶寬 的最先進(jìn)的無線通信技術(shù)，其通信速度可以達(dá)到幾百M(fèi)bit/秒。由于其廣闊的應(yīng)用前景，圍 繞UWB的標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)從一開始就十分激烈，甚至致力于制訂其標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802. 15. 4TG3a工 作組解散。WiMedia 05 年開始與 ECMMnternational 合作，并推出 了 ECMA-368 和 ECMA-369 標(biāo)準(zhǔn)。前者定義了分布式UWB系統(tǒng)的PHY和MAC層，后者則定義了 MAC-PHY接口。上述標(biāo) 準(zhǔn)于06年6月提交ISO討論通過并形成IS0_IECJ6907和IS0_IECJ6908標(biāo)準(zhǔn)，成為事實(shí) 上的國際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。上述IS0_IECJ6907標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)完全分布式的UWB系統(tǒng)，每一個(gè)設(shè)備都是獨(dú) 立和對(duì)等的，沒有一個(gè)中心協(xié)調(diào)器。UWB的這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)給網(wǎng)絡(luò)安全提出很大的挑戰(zhàn)。標(biāo)準(zhǔn) 定義了相應(yīng)的安全機(jī)制，提供兩個(gè)安全級(jí)別非安全和強(qiáng)安全；定義3個(gè)安全模式來控制安 全級(jí)別；定義4-way握手機(jī)制進(jìn)行安全信任關(guān)系的建立以及密鑰生成和分發(fā)。提供的安全 保護(hù)包括數(shù)據(jù)加密、消息完整性校驗(yàn)和重放攻擊避免等。在數(shù)據(jù)加密方面，使用在4-way握 手過程中生成的PTK O^ir-wise Temporal Key)對(duì)單播數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，并在已有PTK的基 礎(chǔ)上進(jìn)行GTK (Group Temporal Key)請(qǐng)求和分發(fā)，用以對(duì)廣播和組播數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。4-way 握手過程生成的PTK是整個(gè)上述UWB系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)。在兩個(gè)UWB設(shè)備需要進(jìn)行安全模式 通信之前，雙方需要相互認(rèn)證，確認(rèn)對(duì)方可靠，建立起一種安全關(guān)系之后再進(jìn)行安全幀的傳 輸。4-way握手機(jī)制就可以實(shí)現(xiàn)上述功能。4-way握手可以完成兩個(gè)作用。一個(gè)是雙方相互認(rèn)證、鑒定，建立起一種安全關(guān)系； 另外一個(gè)就是通過4-way握手雙方生成一個(gè)對(duì)稱臨時(shí)密鑰PTKO^air-wise Temporal Key), 通過PTK，雙方對(duì)傳輸?shù)陌踩珟M(jìn)行加密和解密。兩個(gè)設(shè)備可以通過4-way握手實(shí)現(xiàn)認(rèn)證和鑒定的基礎(chǔ)是這兩個(gè)設(shè)備持有相同的 主密鑰(master key)。而這個(gè)主密鑰的生成、派發(fā)是上一層完成的，我們假定其具有權(quán)威 性。兩個(gè)設(shè)備中發(fā)起4-way握手請(qǐng)求的設(shè)備被稱為發(fā)送設(shè)備，接受握手請(qǐng)求的設(shè)備被 稱為接收設(shè)備。在整個(gè)4-way握手過程中雙方共往來傳輸4個(gè)報(bào)文(message)。正常的 4-way握手過程簡(jiǎn)單描述如下(1)發(fā)送設(shè)備構(gòu)建、發(fā)起messagel。發(fā)送設(shè)備構(gòu)建messagel。messagel中包括雙方共享的主密鑰的標(biāo)志符MKID，發(fā)送 設(shè)備選取的用于生成PTK的標(biāo)志符PTKID，128位隨機(jī)數(shù)I-Nonce，PTK MIC內(nèi)容為0，表示 無意義。發(fā)送設(shè)備發(fā)送messagel。(2)接收設(shè)備接收 messagel，發(fā)送 message2。接收設(shè)備接收到messagel之后，檢查其合法性，驗(yàn)證PTKID是否具有唯一性。如
3果不唯一通過在message〗中設(shè)置Matus Code位通知發(fā)送設(shè)備重新發(fā)送messagel。接收設(shè)備通過MKID獲得master key,結(jié)合其他信息進(jìn)行PTK MIC計(jì)算，將算得的 PTK MIC值放在message2中。具體計(jì)算過程和細(xì)節(jié)由于和我們的發(fā)明無關(guān)，在這里不詳細(xì) 描述了 °Message〗中除了狀態(tài)碼，MIC值，以及與messagel中相同的MKID和PTKID以夕卜， 還有取代I-Nonce，message2中相應(yīng)位置為接收設(shè)備生成的隨機(jī)數(shù)R-Nonce。(3)發(fā)送設(shè)備接收到message2，發(fā)送message3。發(fā)送設(shè)備接收到messagd之后，進(jìn)行MIC計(jì)算，MIC比較以及對(duì)狀態(tài)碼的檢測(cè)。正 常情況下，發(fā)送設(shè)備在接收到message〗以后完成對(duì)接收設(shè)備的驗(yàn)證。進(jìn)行新的MIC計(jì)算之 后，重新組建message3，發(fā)送給接收設(shè)備。(4)接收設(shè)備接收 message3，發(fā)送 messaged接收設(shè)備接收到messagd以后，進(jìn)行MIC計(jì)算，比較之后，如果接收設(shè)備計(jì)算的 MIC值和發(fā)送設(shè)備發(fā)送來的messagd中的MIC值相同，完成接收設(shè)備對(duì)發(fā)送設(shè)備的驗(yàn)證。 接收設(shè)備組建messaged同時(shí)生成PTK。(5)發(fā)送設(shè)備接收messagel發(fā)送設(shè)備接收messagd以后，進(jìn)行MIC驗(yàn)證之后，生成PTK。4-way握手結(jié)束。4-way握手過程用

圖1描述。對(duì)于一個(gè)無線系統(tǒng)，黑客很容易就可以截獲信息，即使這個(gè)信息不是發(fā)給該設(shè)備 的。黑客截獲Messagel之后，從中可以獲取有用的信息。由于標(biāo)準(zhǔn)的開放性，可以想見黑 客很容易了解4-way握手的完整過程和message的格式。所以黑客完全可以在截獲一個(gè) messagel之后，立刻偽造一個(gè)messagel，發(fā)給接收設(shè)備，接收設(shè)備檢驗(yàn)messagel失效以后， 結(jié)束握手過程，從而剝奪了正常設(shè)備發(fā)起握手請(qǐng)求的權(quán)利。這種攻擊對(duì)于攻擊者而言成本 很低，而造成的危害卻很大，是亟待解決的問題。在原4-way握手機(jī)制中沒有考慮DoS攻擊的問題，原4-way握手過程的設(shè)計(jì)都是 基于系統(tǒng)正常的假定之下產(chǎn)生的。原設(shè)計(jì)中考慮到了一些例如幀丟失，傳輸錯(cuò)等系統(tǒng)常見 問題的規(guī)避和修復(fù)技術(shù)。但是沒有考慮到惡意攻擊的問題，或者說對(duì)DoS攻擊的問題考慮 得不全面。當(dāng)系統(tǒng)中都是正常設(shè)備的時(shí)候，4-way握手機(jī)制是行之有效的。但對(duì)于一個(gè)開放 的、分布式的網(wǎng)絡(luò)而言，惡意設(shè)備、惡意行為是一定會(huì)存在的。盡管這部分是少數(shù)，但由于黑 客的主動(dòng)攻擊性，對(duì)其他設(shè)備甚至整個(gè)系統(tǒng)造成的危害卻是巨大的。黑客會(huì)研究標(biāo)準(zhǔn)的細(xì) 節(jié)，發(fā)現(xiàn)其漏洞，伺機(jī)而動(dòng)，一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)會(huì)，會(huì)不斷地發(fā)起攻擊。在UWB網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)完全對(duì)等，也就是發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備完全對(duì)等。因此其 4-way握手的設(shè)計(jì)就要考慮到這點(diǎn)。當(dāng)發(fā)送設(shè)備發(fā)送messagel之后，等待接收messagd， 收到messagd之后，進(jìn)行MIC驗(yàn)證。如果MIC驗(yàn)證無效，發(fā)送設(shè)備認(rèn)為接收設(shè)備不可信，中 止4-way握手過程。這為黑客提供了一種攻擊的機(jī)會(huì)，黑客在截獲messagel之后，立刻偽 造一個(gè)messagd發(fā)給發(fā)送設(shè)備，發(fā)送設(shè)備無法識(shí)別，認(rèn)為接收設(shè)備不可靠，造成正常4-way 握手過程中止。把這種攻擊命名為搶占式拒絕服務(wù)攻擊。首先考察一下這種攻擊實(shí)施的可能性。(1)報(bào)文被偽造的可能性
表1為PTK Command載荷部分，四個(gè)messages都按下面方式組建。表IPTK Command 載荷部分
權(quán)利要求
1. 一種避免拒絕服務(wù)攻擊的方法，其特征在于，該方法包括報(bào)文傳輸之前，對(duì)距離進(jìn)行測(cè)定，估計(jì)正常報(bào)文到來時(shí)間，報(bào)文傳輸之后，對(duì)事件進(jìn)行 計(jì)時(shí)，根據(jù)報(bào)文返回時(shí)間確定不同的操作；其中距離測(cè)定方法具體為啟動(dòng)系統(tǒng)自帶的距離測(cè)量功能；根據(jù)測(cè)量往返時(shí)間計(jì)算距1 O根據(jù)距離測(cè)量結(jié)果設(shè)定信任區(qū)間的方法具體包括根據(jù)報(bào)文到來時(shí)間設(shè)定四個(gè)信任區(qū) 間，分別為丟棄、保存、處理和等待，落入不同信任區(qū)間的報(bào)文分別按如下方法處理 當(dāng)報(bào)文到來過早，落入丟棄信任區(qū)間的時(shí)候，認(rèn)為是可疑報(bào)文，將其丟棄。 當(dāng)報(bào)文落入保存的信任區(qū)間時(shí)用堆棧保存落入該區(qū)間報(bào)文，以便以后處理。 在處理階段的收到報(bào)文送入隊(duì)列中，依次處理。在等待階段收到的報(bào)文會(huì)被處理，等待間歇會(huì)處理保存階段保存的報(bào)文。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種避免拒絕服務(wù)攻擊的方法。在使用ECMA-368協(xié)議的UWB網(wǎng)絡(luò)中存在著引發(fā)拒絕服務(wù)攻擊的潛在威脅，本發(fā)明通過距離測(cè)量和時(shí)間計(jì)時(shí)的方式對(duì)正常報(bào)文和攻擊報(bào)文進(jìn)行區(qū)分，避免了UWB網(wǎng)絡(luò)遭遇拒絕服務(wù)攻擊。
文檔編號(hào)H04L12/56GK102111323SQ20091024424
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者包一兵, 白媛, 羅守山, 辛陽 申請(qǐng)人:北京安碼科技有限公司