無線通信網絡設計安全論

摘要:自20世紀70年代以來，無線通信在民用通信領域得到了廣泛應用，但隨之而來的無線通信網絡的安全問題也日益為人們所關注。本文就如何加強無線通信網絡安全作出了一些安全設計方面的探索。

關鍵詞:無線通信 網絡設計 安全論

無線通信通過空中傳播的電磁波在通信雙方之間建立連接，為通信用戶帶來了方便和自由。然而，電磁波在空中傳播時很容易被截獲，給無線通信帶來了許多潛在的威脅，如通信內容可能被竊聽，通信對方身份可能被假冒等，這就使得人們更加關注無線通信的安全性。

一、無線通信網絡安全的特點

無線網絡和有線網絡的安全問題相比，既有共同之處又有其自身的特點。首先無線網絡和有線網絡一樣都是為了實現信息在網絡中順利傳遞，因此，無線網絡和有線網絡面臨許多共同的安全問題，如網絡入侵和病毒攻擊。同時，由于無線網絡中信息要以電磁波的形式在空中自由傳播，所以無線通信網絡不僅要遭受繼承來自有線網絡的安全威脅，還有著在無線環境下特有的不安全因素。主要包括以下幾個方面:

(一)無線終端與網絡之間的無線接口的開放性

有線網絡的接入連接相對固定，具有確切的物理邊界，網絡訪問要有接入設備，如邊緣交換機或集線器，通過對接入端口的有效管理可以控制非法用戶的接入。而無線網絡則不同，其接入點的信號通過天線發送到空中，只要在有效的覆蓋范圍內，如果沒有接入控制機制，相同頻率的用戶都可以接入到網絡。因此，在無線信道上傳送的信令和業務消息很容易被他人竊聽，而且很難被發現。

(二)終端的移動性

有線網絡的用戶終端與接入設備之間通過線纜連接，終端不能在大范圍內移動，對用戶的管理比較容易。無線網絡終端擺脫了線纜的束縛，與網絡之間缺乏固定的物理連接，因此終端的移動性帶來了新的安全管理問題。例如在移動通信網中，為了減少呼叫開銷，使用位置區對服務區域進行分割，網絡只在用戶當前所在的位置區內呼叫該用戶。當位置區發生變化時，移動終端就要通知網絡進行位置更新。此時，若用戶的位置信息以明文形式傳送，則極易被非法用戶竊聽，從而實現對移動用戶的無線跟蹤。

(三)傳輸信道的不穩定性

有線傳輸環境是相對確定的，信號質量是相對穩定的。無線網絡隨著用戶的移動，其信道的特性是變化的，會受到干擾、衰落、多徑、多普勒頻移等多方面的影響，造成信號質量的波動比較大，因此帶來魯棒性問題。

二、無線通信網絡安全面臨的問題及應對技術策略

(一)無線電干擾問題

在無線通信網絡中，不同的頻段非配給不同的技術或制式的系統，從而可能會打掃之系統間的干擾;每種系統也都采用各種復用方法來提高頻譜效率，增加容量，這樣就引入了同頻/鄰頻干擾;另外，無線系統還存在著由電波傳播多徑效應造成的干擾等。

針對以上問題，技術應對策略應包括了解各種電磁兼容規則，合理利用頻率資源;了解各種無線設備系統的抗干擾方法，通過學習現有無線系統的優點，從而找出無線網絡系統設計的合理方法;采用更先進的技術或協議，提高無線設備自身的抗干擾能力。

(二)非法竊聽

非法竊聽是指入侵者通過對無線信道的監聽來獲取傳輸的信息，它是對通信網絡最常見的攻擊方法。無線竊聽可以導致通話信息、位置信息、數據信息以及信令信息的泄露。移動用戶的位置和身份信息泄露可導致移動用戶被無線跟蹤。

進行信息加密時防止非法竊聽、保障信息安全的最基本、最核心的技術措施。加密技術通過信息的變換或編碼，將機密的敏感消息變換成難以讀懂的亂碼型文字，以達到不可能由截獲的亂碼中得到任何有意義的信息的目的。信息加密過程由各種各樣的加密算法來具體實施。

(三)非法訪問

非法訪問時指入侵者偽裝成合法用戶來訪問網絡資源，以期達到破壞目的;或者是違反安全策略，利用安全系統的缺陷非法占有系統資源或訪問本應受保護的信息。

解決策略為可以通過嚴格限定信息的共享范圍來防止信息被非法偽造、篡改和假冒。在防止非法訪問的技術中，信息認證技術和網絡控制技術較為有效。其中信息認證系統可分為消息認證、身份認證和數字簽名。網絡控制技術包括防火墻技術、訪問控制技術等。另外，還可以通過使用安全協議、安全超文本傳輸協議、專用通信協議和流量控制機制來保護網絡免受非法用戶訪問。整個網絡系統的安全強度實際上取決于所使用的安全協議的安全性。

(四)耗能攻擊

耗能攻擊也稱為能源消耗攻擊，其目的是破壞節能機制(如不停地發送連接請求)，使設備無法進入節能模式，最終達到消耗能量的目的。目前對這種攻擊還沒有行之有效的防御辦法。

三、無線通信網絡安全中的密碼技術探索

密碼技術的實施從很大程度上提高了無限通信網絡的安全性，是保障無線通信網絡安全的重要的安全技術之一。在無線通信應用之前密碼分析者要獲得密文是非常苦難的，更別說破譯密碼。因而，無線通信的廣發應用也幫助了密碼分析的發展，從而推動了密碼技術的發展。

無線通信網絡安全中經常用到的密碼技術包括用加密技術實現保密性，認證技術實現身份認證性，完整性檢測技術實現完整性，數字簽名技術實現服務不可否認性。

(一)加密技術

加密是一種最基本的安全機制，通過它通信明文可以被轉換成密文，而這些密文對于不知道解密密鑰的人來說是雜亂無章、不可理解的，只有知道解密密鑰的人才能恢復出原來的明文。當然，加密明文的過程也需要知道密鑰。當加密密鑰和解密密鑰相同時，這種密碼算法稱為堆成密鑰密碼算法;而加密密鑰和解密密鑰不相同的密碼算法稱為非堆成密鑰密碼。

對稱密鑰密碼系統要求保密通信雙方必須事先共享一個密鑰，因而人們也稱對稱密鑰密碼系統為單鑰密碼系統。在單鑰密碼系統中，只有知道共享秘密的通信雙方才能相互通信，這不僅限制了保密通信范圍，也帶來了密鑰管理問題，但因為其容易實現，所以幾乎所有的通信網絡都采用單鑰密碼算法來保護通信內容。

(二)完整性檢測技術

完整性檢測技術是用于提供消息認證的安全機制。從概念上來說，完整性檢測技術類似于數據通信中的校驗位和循環校驗和。在數據通信中，發送方根據通信協議生成一個消息的校驗位或循環校驗和，并將它附著在消息之后一起傳給接收方。接收方在收到消息后重新計算校驗位或循環校驗和，并將其與接收到得校驗位或循環校驗和進行比較。如果它們相等，接收方就認為消息中沒有出錯;如果它們不相等，接收方就知道消息在傳輸過程中發生錯誤，接收方可根據通信協議要么要求發送方重新傳送這一消息，要么利用糾錯技術來糾正消息中的錯誤。

為了抵抗惡意攻擊，完整性檢測技術也需要秘密信息的加入，不知道秘密信息的攻擊者將不能生成有效的消息完整性密碼。

(三)身份認證技術

身份認證技術是提供通信雙方身份認證性的安全機制，它通過檢測證明方擁有什么或者知道什么來確認證明方的身份是否合法。人—機身份認證系統可以采用“檢測證明方擁有什么”的方法，例如檢查人的個人特征——指紋、聲紋等，因為每個人的這些特征各不相同，因而可以利用它們來唯一地鑒別人的身份。

(四)數字簽名

數字簽名是用于提供服務不可否認性的安全機制，其功能與傳統的手寫簽名一樣，代表簽名者對一份合同內容或一項服務業務的承認，因而它可以在簽名者違反合同或否認其使用過某種服務業務時被用來作為證據，防止抵賴。

結論

隨著無線通信網絡技術的不斷發展，無線通信網絡的應用將不僅會深入到軍事國防、科研教育、醫療衛生等國民經濟的各個領域，而且還會深入到千家萬戶的日常生活。無線通信網絡的應用越廣泛，無線網絡的安全性就越加重要。我們不僅要從網絡技術上不斷改進安全防范措施，更要從心理上加強網絡安全防范意識，只有這樣，才能夠在最大程度上保證無線通信網絡的安全進行和健康發展。

參考文獻:

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[2]Christian Barnes等著，無線網絡安全防護，機械工業出版社，2003版

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