УДК 004.056.55

Протоколы шифрования данных в беспроводных локальных сетях: от WEP до WPA3

Шершнёв Дмитрий Юрьевич – студент Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций имени профессора М. А. Бонч-Бруевича.

Аннотация: Данная научная статья представляет собой всесторонний анализ эволюции протоколов шифрования, используемых для защиты информации в WLAN. Статья начинается с обзора исторического развития шифрования данных в беспроводных сетях, начиная с Wired Equivalent Privacy (WEP), первого стандарта защиты, введённого в стандарт IEEE 802.11 в 1997 году. Основное внимание уделено анализу WPA3, последнего стандарта шифрования, представленного в 2018 году. Рассматриваются нововведения WPA3, включая усиленные меры защиты против атак методом перебора паролей, расширенное шифрование данных и улучшенные механизмы аутентификации. Статья также рассматривает технические аспекты и вызовы, связанные с внедрением WPA3, а также совместимость с существующим оборудованием.

Ключевые слова: беспроводные локальные сети, WLAN, шифрование данных, Wired Equivalent Privacy, WEP, Wi-Fi Protected Access, WPA, WPA2, WPA3, Advanced Encryption Standard, AES, кибербезопасность, протоколы безопасности, аутентификация.

Введение

Введение в стандарты шифрования данных в беспроводных локальных сетях открывает захватывающую страницу в истории развития информационных технологий. С момента своего появления беспроводные сети столкнулись с необходимостью защиты передаваемой информации от несанкционированного доступа, что привело к разработке специализированных протоколов шифрования. Началом этого пути стало введение Wired Equivalent Privacy (WEP), первого стандарта защиты, предложенного в рамках стандарта IEEE 802.11 в 1997 году. WEP был разработан с целью обеспечения конфиденциальности передаваемых данных на уровне, сопоставимом с проводными сетями, используя статические ключи шифрования для защиты передачи данных между беспроводными устройствами и точками доступа.

Однако со временем было выявлено множество уязвимостей WEP, что показало необходимость разработки более надежных механизмов защиты. Это привело к созданию протоколов Wi-Fi Protected Access (WPA) и его последующего обновления до WPA2, которые предложили улучшенные методы шифрования и аутентификации, включая использование динамических ключей шифрования и поддержку более совершенного стандарта шифрования Advanced Encryption Standard (AES).

В настоящее время индустрия перешла на использование WPA3, последней версии протокола, представленной в 2018 году, которая вводит дополнительные улучшения в области безопасности, такие как защита от атак перебором паролей и усовершенствованные механизмы аутентификации. Эволюция стандартов шифрования данных в беспроводных сетях отражает постоянные усилия по обеспечению конфиденциальности, целостности и доступности информации в условиях беспроводной передачи данных.

Изучение истории и развития протоколов шифрования в беспроводных локальных сетях представляет не только академический интерес, но и имеет практическое значение для разработчиков, администраторов сетей и специалистов по безопасности. Оно помогает лучше понять существующие угрозы и вызовы, а также формировать стратегии построения надежных и устойчивых к атакам беспроводных сетевых инфраструктур.

WPA3 (Wi-Fi Protected Access 3)

WPA3 (Wi-Fi Protected Access 3) — это последний стандарт шифрования, представленный в 2018 году ассоциацией Wi-Fi Alliance в ответ на растущие требования к безопасности беспроводных сетей. WPA3 был разработан для устранения уязвимостей предыдущих стандартов (WEP, WPA и WPA2) и предлагает ряд улучшений и нововведений, направленных на обеспечение высшего уровня безопасности беспроводных соединений.

Усиленная защита от атак перебором паролей

WPA3 внедряет новый протокол аутентификации Simultaneous Authentication of Equals (SAE), который заменяет предыдущий протокол Pre-Shared Key (PSK), используемый в WPA2. SAE улучшает защиту пользовательских паролей, делая бесполезными атаки по словарю и перебору, даже если пароль является относительно слабым. Это достигается за счёт того, что для каждой попытки аутентификации требуется новый обмен данными, что значительно усложняет попытки угадать пароль.

Расширенное шифрование данных

WPA3 привносит улучшения в шифрование данных, в том числе через обязательное использование шифрования с перфектной прямой секретностью (Forward Secrecy). Это означает, что даже в случае компрометации долгосрочного ключа шифрования текущие сессии останутся защищенными, так как для каждой сессии используются уникальные ключи.

Улучшенные механизмы аутентификации

WPA3 предлагает улучшенные механизмы аутентификации, которые обеспечивают дополнительную защиту для сетей, требующих пользовательской аутентификации, например, в корпоративных или публичных Wi-Fi сетях. Это включает в себя использование усовершенствованных сертификатов и методов аутентификации, предоставляющих высокий уровень безопасности для пользовательских данных.

Защита в открытых сетях

WPA3 вводит новый стандарт шифрования WPA3-Personal для открытых сетей, который обеспечивает зашифрованное соединение даже без ввода пароля. Это делает использование открытых Wi-Fi сетей значительно безопаснее, защищая передаваемые данные от перехвата в незащищенных сетях.

Введение WPA3 является значительным шагом вперёд в области безопасности беспроводных сетей, предлагая более надежную защиту для всех пользователей Wi-Fi. Однако для полной реализации потенциала нового стандарта требуется обновление аппаратного обеспечения и программного обеспечения сетевого оборудования, что может занять некоторое время.

Технические аспекты и вызовы, связанные с внедрением WPA3

Внедрение WPA3 в существующие беспроводные инфраструктуры представляет собой важный шаг в направлении улучшения безопасности беспроводных сетей. Однако этот процесс сопровождается рядом технических вызовов и вопросов совместимости, которые необходимо учитывать.

Переход на SAE (Simultaneous Authentication of Equals): Одним из ключевых изменений в WPA3 является внедрение механизма SAE, который заменяет WPA2-PSK для улучшения защиты от атак перебором паролей. Техническая реализация SAE требует обновления программного обеспечения устройств, что может быть не всегда просто для старых устройств.

Обеспечение прямой секретности (Forward Secrecy): WPA3 обеспечивает, чтобы каждая сессия шифрования использовала уникальные ключи, не зависящие от долгосрочных ключей шифрования. Это требует от устройств выполнения дополнительных вычислений для генерации ключей, что может повысить требования к производительности для некоторых устройств.

Усиленная защита в открытых сетях: WPA3 предлагает улучшенные механизмы защиты для открытых сетей, такие как индивидуальное шифрование для пользователей. Реализация этих функций требует значительных изменений в способе управления открытыми сетями и может потребовать дополнительной настройки на стороне устройств и точек доступа.

Совместимость с существующим оборудованием

Обновление прошивки: Многие существующие устройства могут потребовать обновления прошивки для поддержки WPA3. Однако не все производители могут предоставить необходимые обновления, особенно для старого или устаревшего оборудования.

Необходимость в замене оборудования: в некоторых случаях существующее оборудование может быть несовместимо с WPA3 из-за аппаратных ограничений. Это означает, что организациям и частным лицам может потребоваться инвестировать в новые устройства, чтобы воспользоваться улучшенной безопасностью WPA3.

Переходный период: Внедрение WPA3 требует времени, и в течение переходного периода сети могут работать в смешанном режиме, поддерживая как WPA2, так и WPA3. Это может создать дополнительные сложности с управлением сетевой безопасностью и требует тщательной настройки для обеспечения совместимости и безопасности.

В целом, внедрение WPA3 является важным шагом в улучшении безопасности беспроводных сетей, но требует внимательного планирования и управления, чтобы преодолеть технические вызовы и обеспечить гладкий переход для всех пользователей.

Заключение

Эволюция от WEP к WPA3 иллюстрирует не только технологический прогресс, но и растущее осознание важности кибербезопасности среди разработчиков, производителей оборудования и пользователей. Введение WPA3, в частности, отражает стремление к обеспечению защиты на высочайшем уровне, предлагая функции, такие как улучшенная защита от атак перебором паролей, расширенное шифрование данных и усовершенствованные механизмы аутентификации.

Однако переход к новым стандартам шифрования также подчеркивает вызовы, связанные с совместимостью и внедрением новых технологий. Обновление сетевого оборудования и программного обеспечения требует времени и ресурсов, а также подчеркивает необходимость непрерывного обучения и адаптации со стороны специалистов в области IT и кибербезопасности.

Список литературы

1. Петрова Т. В. и др. Подходы обнаружения беспроводной точки доступа злоумышленника в локальной вычислительной сети //Региональная информатика (РИ-2022). – 2022. – С. 572-573.
2. Ковцур М. М. и др. Исследование способов удаленного перехвата трафика в корпоративных сетях //Вестник Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна. Серия. – 2021. – Т. 1. – С. 68-75.
3. Гельфанд А. М. и др. Оценка рисков и угроз безопасности в среде «Умный дом» //Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2020). – 2020. – С. 316-321.
4. Бударный Г. С. и др. Разновидности нарушений безопасности и типовые атаки на операционную систему //Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2022). – 2022. – С. 406-411.
5. Голубов Н. А., Косов Н. А. Внутренние угрозы: Разнообразие и профилактика инсайдеров в организациях. – 2023.