Seguridad en redes inalámbricas: tema 7

• El tema 7 trata sobre la seguridad en redes inalámbricas.

Introducción y objetivos

• Las primeras redes inalámbricas complementaron las redes cableadas, ofreciendo movilidad con acceso inalámbrico de corto alcance.
• La tecnología inalámbrica busca asegurar la compatibilidad entre fabricantes. En 1999, se creó la Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), ahora WiFi Alliance.
• En abril de 2000, WECA certificó el estándar IEEE 802.11b bajo la marca WiFi.
• Los equipos con el sello WiFi pueden interactuar independientemente del fabricante.
• El estándar IEEE 802.11 opera en la capa física TCP/IP, similar a IEEE 802.3 (Ethernet).
• Las redes inalámbricas están disponibles en universidades, aeropuertos, etc, para el intercambio de información.
• El uso generalizado de redes ha impulsado la creación de mecanismos de seguridad.
• Objetivos del tema:
  • Conocer la evolución de protocolos inalámbricos.
  • Identificar vulnerabilidades en protocolos.
  • Estudiar soluciones a vulnerabilidades con protocolos nuevos.
  • Aplicar protocolos adecuados para securizar redes inalámbricas.

Wired Equivalent Privacy: WEP

• Wired Equivalent Privacy (WEP) nació para dar seguridad a redes inalámbricas comparable a las cableadas.
• Uso principal de la autenticación inalámbrica: controlar los equipos cliente (o estaciones) que pueden acceder a la red a través de un punto de acceso (AP).
• En una WLAN (Wireless Local Area Network), primero se accede a la red objetivo y luego la estación se autentica para conectarse usando un punto de acceso.
• Para la autenticación, los AP envían periódicamente tramas de gestión (management frames) sobre la existencia de la red.
• Una estación puede detectar las management frames transmitidas y así saber qué redes están disponibles, así como enviar solicitudes de detección de forma activa (probe requests) y ver cuales AP están transmitiendo.
• La estación luego selecciona una red a la cual accederá, para así completar un proceso de autenticación que con un WEP puede ser:

Open System Authentication (OSA)

• Mediante el OSA, cualquier estación puede enviar una solicitud de autenticación con el algoritmo de autenticación a 0 , y de ser permitido por el AP, ser parte exitosa de la red.
• OSA no otorga un mecanismo de autenticación en si, aunque WEP lo tenga contemplado, no resuelve problemas de autenticación.

Shared Key Authentication (SKA)

• Este método se basa en el sistema de reto respuesta para así autentificar al cliente quien posee la clave compartida.
• De esta forma, solamente clientes con el conocimiento de la clave compartida tendrán el acceso a la red.
• Conforme a la Figura 1, el cliente le solicita un autenticación al AP.
• Este reto se debe cifrar con la clave compartida para así demostrar el conocimiento que tiene el cliente, para luego enviarse de vuelta al AP.
• Como resultado, el AP enviará mediante un mensaje sobre si se ha superado el reto, y sobre la consiguiente autorización o no de tener acceso a la red inalámbrica:

Problemas en la autenticación

• La autenticación que utiliza SKA no permite que el AP diferencie a sus clientes, solamente sabe si el cliente conoce la clave compartida.
• El AP no determina si es un cliente específico, ya que un AP no asocia claves específicas a clientes.
• No es posible que el cliente autentique el punto de acceso, y esto implica que un ataque de tipo rogue AP se puede llevar a cabo.
• Confidencialidad
• WEP utiliza una clave compartida en su proceso de cifrado donde se siguen los siguientes pasos:
• Añade una verificación de identidad al mensaje (ICV= MIC, Message Integrity Check).
• Un vector de inicialización (IV) se escoge y se conecta con la clave compartida y se usa como clave del cifrador de flujo RC4.
• Para generar una secuencia cifrante, el mensaje a cifrar (MAC Protocol Data Unit, MPDU) y MIC se suman mediante XOR.
• La criptografía resultante se le añade una cabecera de 4 bytes que incluyen los 3 bytes del IV y un byte para una posible selección de clave compartida, la cual rara vez se utiliza en práctica.
• RC4 es un algoritmo de cifrado en flujo, por lo que el emisor y receptor deben estar sincronizados.
• Un escenario inalámbrico es incompatible para la sincronización debido a su alta tasa de errores.
• Este problema diseño llevo a soluciones ad hoc que hicieron este protocolo inseguro. Para garantizar la recepción de paquetes, 802.11 utiliza integridad, (ICV o MIC).
• Con este campo, el destino es capaz de regenerar el MIC con el paquete emitido, y así comparar con el MIC original para determinar modificaciones en el transito.
• Integridad
• Se utiliza un campo de integridad (ICV o MIC) así también un CRC-32 (función de redundancia cíclica) para crear una trama de transmisión completa (MPDU).
• El código de redundancia cíclica CRC-32 ayuda a lograr la integridad de las comunicaciones.
• A partir del 2001, WEP detecta múltiples vulnerabilidades debido a ciertos errores de diseño:
  • Uso de una clave estática compartida por todos los usuarios.
  • Vector de inicialización de 24 bits, causando colisiones.
  • Uso de controles de integridad lineal (CRC-32).
  • Algoritmo de cifrado RC4 para comunicaciones síncronas, no apto para la tasa de error.
  • El ICV utilizado no protege la cabecera, permitiendo ataques de redirección.
  • El cliente no puede autenticar el punto de acceso.
• Tras los análisis, surgieron herramientas como Airsnort, WEPCrack y Aircrack, para obtener la clave compartida utilizada en redes WEP.

Resumiendo WEP

• Proporciona un mecanismo de autentificación con comprobación para quien tenga la posesión de la misma clave compartida utilizada para el cifrado (SKA).
• Algoritmo de cifrado Rivest Cipher 4 o RC4 con clave estática con vector de inicialización para confidencialidad a las comunicaciones.

Wifi Protected Access: WPA

• IEEE comenzó a trabajar en un estándar, IEEE 802.11i publicado en 2004, para mejorar la seguridad de las comunicaciones inalámbricas, definiendo a WPA y WPA2.
• WPA busca la compatibilidad con el hardware para poder migrar de WEP a algo con mayor seguridad.
• Para las redes domésticas, el estándar 802.11i utiliza en WPA-Personal la clave en pre compartido (PSK).
• En redes empresariales, el estándar 802.11i en WPA-Enterprise especifica el uso de IEEE 802.1X para el establecimiento de claves y la autenticación.
• La identidad del usuario se confirma con las credenciales por medio de un servidor Remote Authentication Dial In User Service (RADIUS).
• El servidor RADIUS opera comunicándose internamente con el directorio activo con los protocolos LDAP 0 SAML.
• La identidad del usuario se determina con base en sus credenciales con la utilización de un servidor Remote Authentication Dial In User Service (RADIUS).
• Protocolo usado: Extensible Authentication Protocol (EAP) que facilita un método de autentificación seguro para la información de autentificación por un canal inalámbrico.
• Al pasar por un canal inalámbrico, se utiliza un túnel EAP que los interceptores de la comunicación puedan tener acceso.
• EAP se usa usando credenciales (EAP-TTLS/PAP y PEAP-MSCHAPv2) o mediante certificados y se recomienda el uso del proceso de autenticación.
• WPA utiliza el protocolo TKIP, TKIP para utilizar diferentes calves en el cifrado para sesiones de usuario.
• Se genera un conjunto de PTK (Pair-wise Transient Key), las cuales son claves de sesión temporales de 128 bits.
• Inicialmente, TKIP usa la clave maestra PMK (Pair-wise Master Key).
• Cada nuevo paquete se cifra con claves que resultan de aplicar una PTK (compatible con RC4) a una función de mezcla de clave.
• Además de que la generación de PTK derivada de la PMK, TKIP duplica su inicialización de 24 a 48, y con redes de carga media el proceso de colisión es mayor.
• WPA es un protocolo transitorio que tenía como objetivo actualizar el hardware usado, e implementar WPA2.
• La concatenación y aumento del tamaño del IV y clave era una opción que implicaría una modificación en el hardware del WEP.
• Esto se soluciona con una función de mezcla de clave que permitir el uso de IVs de 48 de bits manteniendo retrocompatibilidad.

Integridad

• WEP integra una comprobación de integridad lineal con el código de redundancia cíclica o CRC-32 (ligero pero no genera seguridad cifrada).
• TKIP utiliza MICHAEL para calcular el MIC que utiliza operaciones de de desplazamiento y de adición.
• TKIP incluye el valor de MIC de MICHAEL al campo ICV y la utilización de CRC-32; mejorando así en gran magnitud los CRC-32 de WEP pero sin lograr los niveles de SHA-1.

Resumiendo WPA

• Se incorpora un mecanismo de gestión de claves dinámicas TKIP para el cifrado.
• Uso de claves dinámicas que modifiquen el MAC de los usuarios mejora la seguridad de la red.
• Soporta tanto la autentificación base clave compartida y aquellas con claves diferentes para cada usuario.

WiFi Protected Access 2: WPA2

• Mediante el WPA2, se propone diferentes algoritmos de cifrado simétrico.
• WPA2 utiliza el algoritmos Advanced Encryption Standard o AES que es de los más usados.
• Con respecto a confidencialidad e integridad, WPA2 utiliza AES-CCMP en lugar de TKIP y MICHAEL.
• AES es un algoritmo de cifrado que resuelve la propiedad de la confidencialidad pero que escoge un modo de cifra específico, siendo CCMP (Counter Mode Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol).
• El protocolo AES-CCMP ofrece niveles altos de confidencialidad e integridad.
• El algoritmo de cifra se combina mediante el modo CTR para la confidencialidad de cifrados, y el modo CBC-MAC para la integridad y autentificación que resulta en los bytes MIC añadidos tras los cifrados.

Resumiendo WPA2

• Mediante el AES (AES-CCMP), se usa el modo con Counter Cipher Mode with Block Chaining Message Authentication Code Protocol que provee tanto de integridad como autentificación.
• Como WPA, el algoritmo AES soporta autentificación base clave compartida.

Wifi Protected Access 3: WPАЗ

• El ataque Key Reinstallation Attack o KRACK de 2017 creo vulnerabilidades de seguridad a nivel de los de redes WPA/WPA2; y para solucionar surgió WPA3 en el 2018.
• WPA3, permite dos modos de funcionamiento: Personal y Enterprise.
• SAE (Simultaneous Authentication of Equals), el WPA3 reemplaza la generación de PSK de TKIP con el protocolo SAE y cuenta los ataques offline.
• SAE utiliza diferentes mecanismos de intercambio de clave como Diffie-Hellman, creando un clave con métodos de curva elíptica, y añadiendo los códigos precompartidos y direcciones MAC a la conexión del cliente con el AP
• Este proceso debe ser completado de manera exitosa para compartir una clave en la cual una clave de sesión deriva, dejando la recuperación de claves de sesión imposible.
• SAE se divide entre las faces commit que pasa por la fase de compromiso y confirmación.
• Al pasar a este nivel, tanto el cliente como el AP realizan una fase confirmación la cual se repite por cada clave de sesión que se genere.
• Este método contiene la propiedad de secreto hacia delante, es decir que aun que la clave de sesión sea comprometida, no da información sobre claves previas, lo que mejora los temas de seguridad.
• La fase de commit, el cliente crea números aleatorios (a y A), y calcula la suma del modulo publico así como primo.
• Client envía el valor PE de la clave maestra (hash) elevado a -A; haciendo el AP lo mismo escogiendo los primeros -B y calcular la suma, enviando una clave equivalente.
• Los procesos de suma y exponenciación del Diffie-Hellman tradicional usan técnicas como el uso de curvas elípticas.
• El fase para confirm se obtiene la clave PMK la cual se usa para la generación claves donde en caso un atacante descubre la clave utilizada no se podrá recuperar la maestra.
• Con SAE, ataques de diccionario offline es computacionalmente imposible debido al problemas del longaritmo discreto o ECCDH.
• Wi-Fi Easy Connect, un protocolo para los dispositivos tipo IoT con falta de mecanismos que tengan un método de entrada.
• WPA3, es basado en el protocolo DPP y permite que clientes se una una red mediante un código o contraseña mediante canales NFC o bluetooth.

AES-GCM (Galois/Counter Mode)

• Escoge nuevos algoritmos en bloque AES, un algoritmo simétrico de alta disponibilidad, implementado en dispositivos WPA2.
• Los cifrados de redes personal utilizan AES-GCM de 128 bits claves, y en modo Enterprise utilizan AES-GCM con 192 Bits de clave, es compatible con las tecnologías WPA2.
• PMF Proteted Management Frames, es una medida extra de protección a las tramas de administración en tanto unicast como multicast.
• Este sistema mejora los ataques con los honeypot y evil twin attacks. La implementación de PMF es obligatorio para los WPA3.
• OWE Opportunistic Wireless Encryption, es la característica por excelencia de las tecnologías WPA3 que busca la configuración automatizada de “abiertas” en hotspot y redes.
• El principio de la OWE, en donde si bien es que no requerir la entrada de una contraseña el método a través del intercambio de clave de Diffie-Hellman en los mensajes de solicitud y claves.
• La PMK sera una clave compartida utiliza para las claves de sesión que se utilizarán en esta comunicación.
• Si bien OWE aumenta lo de las redes abiertas tradicionales de WPA2, MITM siga siendo una amenaza.

Evolución de la seguridad en Wi-Fi

• En resumen se recomienda el uso de WPA3, o personalmente proteger personal las claves.
• Los protocolos están vulnerables a nuevas técnicas o herramientas de ataques a dominios.