Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Thông tin: Ứng dụng thuật toán fuzzy random forest trong phát hiện xâm nhập mạng không dây

Chia sẻ: Yi Yi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:101

Thêm vào BST

Báo xấu

81
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn đã đóng góp cho thấy việc có thể áp dụng thuật toán fuzzy random forest vào bài toán phân lớp xâm nhập mạng đem lại hiệu quả nhất định. Giới thiệu lại các thuật toán học máy cơ bản như fuzzy decision tree, random forest. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Thông tin: Ứng dụng thuật toán fuzzy random forest trong phát hiện xâm nhập mạng không dây

ĐẠI HỌC QUỐC GA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ --------------- 🙞🙞 --------------- NGUYỄN VĂN LINH ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN FUZZY RANDOM FOREST TRONG PHÁT HIỆN XÂM NHẬP MẠNG KHÔNG DÂY Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS. Lê Hoàng Sơn Hà Nội - 2019
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ --------------- 🙞🙞 --------------- NGUYỄN VĂN LINH ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN FUZZY RANDOM FOREST TRONG PHÁT HIỆN XÂM NHẬP MẠNG KHÔNG DÂY Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS. Lê Hoàng Sơn Xác nhận của cán bộ hướng dẫn PGS TS. Lê Hoàng Sơn Hà Nội - 2019
LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin được gửi lời cảm ơn và lòng biết ơn sâu sắc nhất tới Thầy giáo, PGS. TS. Lê Hoàng Sơn đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội – những người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn trong quá trình tôi học tập và tại trường. Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè, những người thân yêu luôn bên cạnh, quan tâm, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp này. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 04 năm 2019 Học viên Nguyễn Văn Linh
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong Luận văn là sản phẩm của riêng cá nhân tôi, không sao chép lại của người khác. Những điều được trình bày trong nội dung Luận văn, hoặc là của cá nhân hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn đúng quy cách. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình. Hà Nội, tháng 04 năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Linh
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 0 LỜI CAM ĐOAN 1 MỤC LỤC 2 DANH SÁCH BẢNG 3 DANH SÁCH HÌNH VẼ 4 DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT 6 1 13 1.1 13 1.2 14 1.2.1 14 1.2.2 15 1.2.3 18 1.2.4 20 1.3 22 1.3.1 23 1.3.2 27 1.3.3 30 1.4 34 1.5 34 2 35 2.1 35 2.2 37 2.3 43 2.4 47 2.5 58 2.6 80 3 81 3.1 81 3.2 87 3.3 92 3.4 92 3.1 95 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87
DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 : Dữ liệu sử dụng cho phân lớp Bayes 16 Bảng 2.1: Dữ liệu phân lớp sử dụng cây quyết định 28 Bảng 2.2: Dữ liệu kiểm thử thuật toán cây quyết định 29 Bảng 2.3: Tất cả thuộc tính Sunny của Outlook 30 Bảng 2.4: Tất cả thuộc tính Rain của Outlook 31 Bảng 2.5: Bảng đánh giá và kiểm tra kết quả của thuật toán DT 32 Bảng 2.6: Tập dữ liệu phân lớp cho thuật toán RF 38 Bảng 2.7: Dữ liệu được chọn ngẫu nhiên từ tập dữ liệu ban đầu cho cây 2 39 Bảng 2.8: Dữ liệu để kiểm tra độ chính xác thuật toán RF 39 Bảng 2.9: Tất cả dữ liệu Sunny của Outlook 41 Bảng 2.10: Tất cả dữ liệu Rain của Outlook 41 Bảng 2.11: Bảng đánh dấu dữ liệu được chọn ngẫu nhiên cho cây 3 42 Bảng 2.12: Bảng dữ liệu chọn ngẫu nhiên cho cây 3 43 Bảng 2.13: Tất cả dữ liệu nhánh Strong của Wind 45 Bảng 2.14: Nhánh Sunny của Outlook nốt tiếp Strong của Wind 46 Bảng 2.15: Đánh giá kết quả thuật toán RF 47 Bảng 2.16: Dự liệu training thuật toán FRF 53 Bảng 2.17: Dữ liệu đánh giá thuật toán FRF 54 Bảng 2.18 Giá trị fuzzy của các thuộc tính 57 Bảng 2.19: Nhánh Sunny của outlook (FRF 1) 62 Bảng 2.20: Nhánh rain của outlook(FRF 1) 64 Bảng 2.23: Đánh giá kết quả cây FRF 69 Bảng 3.1: Bộ dữ liệu AWID [36] 70 Bảng 3.2: Các lớp của bộ dữ liệu AWID [36] 71 Bảng 3.3: Tỉ lệ của các bản ghi và lớp trong bộ dữ liệu 71 Bảng 3.4: Thuộc tính trong 1 bảng ghi 71 Bảng 3.5: Đánh giá kết quả của thuật toán 81
DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Báo cáo hàng năm về tình hình bảo mật của Cisco [27] 1 Hình 1.2: Kiến trúc mạng không dây [37] 2 Hình 1.3: Cơ chế bảo mật WEP 3 Hình 1.4: Tấn công Flooding 9 Hình 1.5: Tấn công Injection 10 Hình 1.6: Tấn công Impersonation 10 Hình 1.7: Các điểm trong không gian D chiều 11 Hình 1.8: Siêu phẳng phân lớp các điểm trong không gian 12 Hình 1.9 : Đồ thị biểu diễn các điểm trong mặt phẳng R+ 13 Hình 1.10 : Các điểm lựa chọn cho siêu phẳng 13 Hình 1.11: Kiến trúc mô hình SVM 14 Hình 1.12: Đồ thị biểu diễn siêu phẳng tìm được 15 Hình 1.13: Kiến trúc chung của mạng nơ-ron 18 Hình 1.14: Mô hình mạng nơ-ron 19 Hình 1.15: Công thức và đồ thị hàm ngưỡng 20 Hình 1.16: Công thức và đồ thị hàm tuyến tính 20 Hình 1.17: Công thức và đồ thị hàm sigmod 21 Hình 1.18: Công thức và đồ thị hàm tanh 21 Hình 1.19: Công thức và đồ thị hàm gausian 22 Hình 2.1: Hình ảnh cây sau vòng lặp đầu tiên của thuật toán DT 30 Hình 2.2: Cây phân lớp sau vòng lặp thứ 2 của thuật toán DT 31 Hình 2.3: Cây phân lớp cuối cùng của thuật toán DT 32 Hình 2.4: Ví dụ về cây quyết định với phân lớp mờ và phân lớp rõ 33 Hình 2.5: Lớp rõ và lớp mờ 34 Hình 2.6: Đồ thị biểu diễn các miền giá trị 35 Hình 2.7: Mô hình thuật toán rừng ngẫu nhiên [3] 37 Hình 2.8: Cây RF 2 sau vòng lặp thứ nhất 40 Hình 2.9: Cây RF 2 sau vòng lặp thứ hai 42 Hình 2.10: Cây RF 2 hoàn chỉnh thứ nhất 42 Hình 2.11: Cây RF 3 sau vòng lặp 1 45 Hình 2.12: Cây RF 3 sau vòng lặp 2 46 Figure 2.13: Cây RF 3 hoàn thiện 46 Hình 2.14: Mô hình fuzzy random forest 51 Hình 2.15: Đồ thị miền giá trị mờ của outlook 55 Hình 2.16: Đồ thị miền giá trị mờ của temprature 56
Bảng 2.17: Đồ thị miền giá trị mờ của humidity 56 Hình 2.18: Đồ thị miền giá trị mờ của wind 57 Hình 2.19: Cấy FRF 1 sau vòng lặp đầu tiên 61 Hình 2.20: Cây FRF 1 sau vòng lặp 2 65 Hình 2.21: Cây FRF 1 sau vòng lặp 3 67 Hình 2.22: Cây FRF 1 sau vòng lặp 4 68 Hình 2.23: Cây FRF hoàn thiện 68 Hình 3.1: Dữ liệu sau khi chuyển sang hệ cơ số 10 77 Hình 3.2: Dữ liệu đã được xử lý 78 Hình 3.3: Nhãn cho tập thuộc tính 78 Hình 3.4: Vị trí các thuộc tính dùng để phân lớp 79 Hình 3.5: Khoảng giá trị cho từng thuộc tính 79 Hình 3.6: Đồ thị hàm singleton 79 Hình 3.7: Công thức và đồ thị hàm triangular 80 Hình 3.8: Công thức và đồ thị hàm trapezoidal 80 Hình 3.9: Công thức là đồ thị hàm hình thang phải 80 Hình 3.10: Công thức là đồ thị hàm hình thang trái 81 Hình 3.12: Cây sau khi chạy thuật toán 81 Hình 3.13: Đồ thị đánh giá độ chính xác của cây 82 Hình 3.14: Độ chính xác của từng lớp theo số cây theo precision 83 Hình 3.15: Độ chính xác của từng lớp theo số cây theo recall 83
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Đầy đủ Ý nghĩa Điểm truy cập: là thiết bị cho phép các thiết bị không dây kết nối với 1 AP Access Point mạng dây sử dụng WiFi hoặc các chuẩn liên quan Giao thức phân giải địa chỉ là một giao thức truyền thông được sử dụng Address Resolution 2 ARP để chuyển địa chỉ từ tầng mạng sang Protocol tầng liên kết dữ liệu theo mô hình OSI. Counter Mode Cipher Giao thức CCMP là một giao thức Block Chaining truyền dữ liệu và kiểm soát tính 3 CCMP Message truyền dữ liệu thống nhất để bảo đảm Authentication Code cả tính bảo mật và nguyên vẹn của dữ Protocol liệu được truyền đi Cuộc tấn công từ chối dịch vụ (tấn công DoS - hay tấn công từ chối dịch 4 DoS Denial-of-service vụ phân tán là một nỗ lực làm cho những người dùng không thể sử dụng tài nguyên của một máy tính Cây quyết định là một thuật toán 5 DT Decision tree dùng để phân lớp dự liệu Một mã phát hiện lỗi được thêm vào một khung trong giao thức truyền 6 FCS Frame check sequence thông. Khung được sử dụng để gửi dữ liệu tải trọng từ một nguồn đến đích. Cây quyết định mờ là thuật toán phân 7 FDT Fuzzy decision tree lớp áp dụng lý thuyết mờ vào cây quyết định
Rừng ngẫu nhiên mờ là thuật toán áp 8 FRF Fuzzy random forest dụng lý thuyết mờ vào rừng ngẫu nhiên. Giao thức truyền tập tin: thường được dùng để trao đổi tập tin qua mạng lưới truyền thông dùng giao thức 9 FTP File Transfer Protocol TCP/IP (chẳng hạn như Internet - mạng ngoại bộ - hoặc Intranet - mạng nội bộ) Giao thức truyền tải siêu văn bản: là một trong năm giao thức chuẩn của Hypertext Transfer 10 HTTP mạng Internet, được dùng để liên hệ Protocol thông tin giữa Máy cung cấp dịch vụ và Máy sử dụng dịch vụ. Viện kỹ nghệ Điện và Điện tử: là một tổ chức phi lợi nhuận, chuyên nghiệp The Institute of nhằm nâng cao sự thịnh vượng qua sự 11 IEEE Electrical and phát huy các đổi mới công nghệ tạo Electronics Engineers cơ hội nghề nghiệp cho các thành viên và cổ vũ cộng đồng thế giới mở rộng Internet Vạn Vật, hay cụ thể hơn là Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet là một liên mạng, trong đó các thiết bị, phương tiện vận tải (được 12 IoT Internet of Thing gọi là "thiết bị kết nối" và "thiết bị thông minh"), phòng ốc và các trang thiết bị khác được nhúng với các bộ phận điện tử, phần mềm, cảm biến, cơ cấu chấp hành cùng với khả năng kết nối mạng máy tính giúp cho các
thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu Giao thức Internet: là một địa chỉ đơn nhất mà những thiết bị điện tử hiện 13 IP Internet Protocol nay đang sử dụng để nhận diện và liên lạc với nhau trên mạng máy tính bằng cách sử dụng giao thức Internet. Điều khiển truy nhập môi trường: là 14 MAC Media Access Control tầng con, một phần của tầng liên kết dữ liệu trong mô hình 7 tầng OSI Natural Language 15 NLP Xử lý ngôn ngữ tự nhiên Processing Là phương pháp đo lỗi dự đoán của 16 OOB Out of bag random forest, decision tree .v.v.. Rừng ngẫu nhiên: Tương tự cây 17 RF Random forest quyết định là thuật toán dùng để phân lớp Là tên chính của mạng cục bộ không 18 SSID Service Set Identifier dây 802,11 gồm mạng gia đình và các hotspot công cộng Một thiết bị client trong mạng không dây 802.11 như máy tính, máy tính xách tay hoặc điện thoại thông minh. 19 STA STAtion Thuật ngữ STA đôi khi cũng được sử dụng cho điểm truy cập, trong trường hợp đó, STA là bất kỳ thiết bị nào giao tiếp qua giao thức 802.11 Là một giao thức bảo mật được sử Temporal Key 20 TKIP dụng trong chuẩn mạng không dây Integrity Protocol IEEE 802.11
Mạng cục bộ không dây (viết tắt từ tiếng Anh: wireless local area 21 WLAN Wireless LAN network) là mạng cục bộ gồm các máy tính liên lạc với nhau bằng sóng vô tuyến.
1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN BÀI TOÁN VÀ KIẾN THỨC NỀN 1.1 Đặt vấn đề Ngày nay với sự phát triển của công nghệ và kinh tế, các thiết bị không dây như điện thoại di động, máy tính xách tay, v.v. không ngừng gia tăng. Kèm theo đó là sự phát triển của các hệ thống mạng không dây (WiFi) có mặt ở mọi nơi từ gia đình, các công ty đến các địa điểm công cộng như quán ăn, quán café. Tốc độ phát triển của các thiết bị không dây và mạng không dây đi kèm theo mối đe dọa từ an ninh mạng. Mỗi ngày có hàng triệu giao dịch được thực hiện qua mạng. Chính vì sự phổ biến và tầm quan trọng của nó như vậy mà vấn đề về bảo mật và an toàn cho mạng không dây được đặt lên cao đặc biệt là ở những nơi quan trọng như ngân hàng hay cơ quan chính phủ. Các cuộc tấn công mạng ngày các phổ biến làm thiệt hàng tỷ đô cho nền kinh tế. Trên thế giới thiệt hại do các cuộc tấn công mạng lên đến 200 tỷ usd mỗi năm. Theo Báo cáo An ninh mạng thường niên năm 2017 của Cisco, hơn 1/3 tổ chức từng bị vi phạm an ninh trong năm 2016 chịu thiệt hại đáng kể do mất khách hàng, cơ hội và doanh thu lên đến hơn 20% [5]. Hình 1.1: Báo cáo hàng năm về tình hình bảo mật của Cisco [27] Hơn nữa ngày nay với sự phát triển của IoT, các thiết bị kết nối internet, router wifi, trở thành đích nhắm của các hacker. Chính vì vậy rất nhiều biện pháp được đưa ra để phòng chống và ngăn chặn các hình thức tấn công mạng.
Do đó bài toán được đặt ra ở đây là xác định một truy cập là bình thường hay bất thường, Hay đúng hơn là bài toán phân lớp một truy cập mạng theo các thuộc tính đã biết. Trong những năm gần đây với sự phát triển và hoàn thiện của các thuật toán học máy, nó được ứng dụng trong rất nhiều ngành khác nhau. Trong lĩnh vực an ninh mạng cũng tương với bài toán phân lớp xâm nhập mạng không dây việc áp dụng các thuật toán học máy đem lại hiệu quả cao. Trong luận văn này thì sẽ tìm hiểu và áp dụng thuật toán Fuzzy Random Forest cho bài toán này. 1.2 Tổng quan về mạng không dây 1.2.1 Kiến trúc mạng 802.11 802.11 là một tập các chuẩn của tổ chức IEEE bao gồm các đặc tả kỹ thuật liên quan đến hệ thống mạng không dây. Chuẩn IEEE 802.11 mô tả một giao tiếp "truyền qua không khí" sử dụng sóng vô tuyến để truyền nhận tín hiệu giữa một thiết bị không dây và tổng đài hoặc điểm truy cập, hoặc giữa 2 hay nhiều thiết bị không dây với nhau (mô hình ad-hoc) [6]. Hình 1.2: Kiến trúc mạng không dây [37] 802.11 cấu trúc gồm 3 thành phần chính: tầng quản lý, tầng điều khiển và tầng dữ liệu [28]. Tầng quản lý: Đóng vai trò cài đặt giao tiếp giữa STA với AP và duy trì kết nối [28].
Tầng điều khiển: Điều phối truy cập vào môi trường không dây và đóng vai trò trong việc phân phối các khung dữ liệu từ STA đến AP và ngược lại [28]. Tầng dữ liệu: Được sử dụng để truyền tải thông tin thực tế được tạo ra từ các lớp khác. Tất cả các khung dữ liệu đều có cùng cấu trúc bao gồm tiêu đề, thân khung và khung kiểm tra. Chiều dài thân khung trong byte là biến duy nhất của 4byte trong phạm vi từ 0 đến 2312 [28]. 1.2.2 Cơ chế bảo mật Wired Equivalent Privacy – WEP WEP là một thuật toán bảo nhằm bảo vệ sự trao đổi thông tin chống lại sự nghe lén, chống lại những nối kết mạng không được cho phép .v.v.. WEP sử dụng stream cipher RC4 cùng với một mã 40bit và một số ngẫu nhiên 24bit (initialization vector – IV) để mã hóa thông tin. Thông tin mã hóa được tạo ra bằng cách thực hiện operation XOR giữa keystream và plain text [4]. Hình 1.3: Cơ chế bảo mật WEP Do WEP sử dụng RC4, một thuật toán sử dụng phương thức mã hóa dòng, nên cần một cơ chế đảm bảo hai dữ liệu giống nhau sẽ không cho kết quả giống nhau sau khi được mã hóa hai lần khác nhau. Đây là một yếu tố quan trọng trong vấn đề mã hóa dữ liệu nhằm hạn chế khả năng suy đoán khóa của hacker. Để đạt mục đích trên, một giá trị có tên Initialization Vector (IV) được sử dụng để cộng thêm với khóa nhằm tạo ra khóa khác nhau mỗi lần mã hóa. IV là một giá trị có chiều dài 24bit và được chuẩn IEEE 802.11 đề nghị (không bắt buộc) phải thay đổi theo từng gói dữ liệu. Vì máy gửi tạo ra IV không theo định luật hay tiêu chuẩn, IV bắt buộc phải được gửi đến máy nhận
ở dạng không mã hóa. Máy nhận sẽ sử dụng giá trị IV và khóa để giải mã gói dữ liệu [4]. Cách sử dụng giá trị IV là nguồn gốc của đa số các vấn đề với WEP. Do giá trị IV được truyền đi ở dạng không mã hóa và đặt trong header của gói dữ liệu 802.11 nên bất cứ ai “tóm được” dữ liệu trên mạng đều có thể thấy được. Với độ dài 24 bit, giá trị của IV dao động trong khoảng 16.777.216 trường hợp. Những chuyên gia bảo mật tại đại học California-Berkeley đã phát hiện ra là khi cùng giá trị IV được sử dụng với cùng khóa trên một gói dữ liệu mã hóa (khái niệm này được gọi nôm na là va chạm IV), hacker có thể bắt gói dữ liệu và tìm ra được khóa WEP. Thêm vào đó, ba nhà phân tích mã hóa Fluhrer, Mantin và Shamir đã phát hiện thêm những điểm yếu của thuật toán tạo IV cho RC4. FMS đã vạch ra một phương pháp phát hiện và sử dụng những IV lỗi nhằm tìm ra khóa WEP [4]. Thêm vào đó, một trong những mối nguy hiểm lớn nhất là những cách tấn công thêm hai phương pháp nêu trên đều mang tính chất thụ động. Có nghĩa là kẻ tấn công chỉ cần thu nhận các gói dữ liệu trên đường truyền mà không cần liên lạc với Access Point. Điều này khiến khả năng phát hiện các tấn công tìm khóa WEP đầy khó thêm và gần như không thể phát hiện được [4]. Hiện nay, trên Internet đã sẵn có những công cụ có khả năng tìm khóa WEP như AirCrack, AirSnort, dWepCrack, WepAttack, WepCrack, WepLab. Tuy nhiên, để sử dụng những công cụ này đòi hỏi nhiều kiến thức chuyên sâu và chúng còn có hạn chế về số lượng gói dữ liệu cần bắt được [4]. Mặc dù các thuật toán được cải tiến và kích thước kí tự được tăng lên, qua thời gian nhiều lỗ hổng bảo mật được phát hiện trong chuẩn WEP khiến nó càng ngày càng dễ bị qua mặt khi mà sức mạnh của máy tính ngày càng được củng cố. Năm 2001, nhiều lỗ hổng tiềm tàng đã bị phơi bày trên mạng Internet. Đến năm 2005, FBI công khai trình diễn khả năng bẻ khóa WEP chỉ trong một vài phút bằng phần mềm hoàn toàn miễn phí nhằm nâng cao nhận thức về sự nguy hiểm của WEP. Mặc dù nhiều nỗ lực cải tiến được tiến hành nhằm tăng cường hệ thống của WEP, chuẩn này vẫn đặt người dùng vào vị trí hết sức nguy hiểm và tất cả các hệ thống sử dụng WEP nên được nâng cấp hoặc thay thế. Tổ chức Liên minh WiFi chính thức cho WEP ngừng hoạt động vào năm 2004.
WiFi Protected Access - WPA WiFi Protected Access là một chuẩn do liên minh WiFi đưa ra nhằm thay thế cho WEP. Chuẩn này chính thức được áp dụng vào năm 2003, một năm trước khi WEP được cho "nghỉ hưu". Cấu hình WPA phổ biến nhất là WPA-PSK. WPA sử dụng mã hóa 256-bit giúp tăng tính bảo mật lên rất nhiều so với 64-bit và 128-bit của WEP [7]. Một trong những yếu tố giúp WPA bảo mật tốt hơn là nó có khả năng kiểm tra tính toàn vẹn của gói tin - tính năng giúp kiểm tra xem liệu hacker có thu thập hay thay đổi gói tin truyền qua lại giữa điểm truy cập và thiết bị dùng WiFi hay không; và Temporal Key Integrity Protocol, hệ thống kí tự cho từng gói, an toàn hơn rất nhiều so với kí tự cố định của WEP. TKIP sau đó được thay thế bằng Advanced Encryption Standard [7]. Mặc dù đã có nhiều cải tiến so với WEP nhưng "bóng ma" của người tiền nhiệm một lần nữa lại ám ảnh WPA. Nguyên nhân nằm ở TKIP, một thành phần chủ chốt của thuật toán mã hóa này. Liên minh WiFi đã thiết kế để có thể nâng cấp lên TKIP từ phiên bản firmware của WEP và hacker có thể lợi dụng các điểm yếu của WEP để hack vào thành phần này từ đó hack vào mạng WPA. Cũng giống như WEP, các tổ chức về bảo mật đã chứng minh điểm yếu của WPA thông qua một loạt thử nghiệm. Một điểm thú vị là các phương thức phổ biến nhất để hack WPA không phải là những cuộc tấn công trực tiếp vào thuật toán này, mà thông qua 1 hệ thống bổ sung được phát hành cùng WPA là WiFi Protected Setup (WPS - một hệ thống giúp liên kết thiết bị với các điểm truy cập 1 cách dễ dàng) [7]. Wi-Fi Protected Access II Đến năm 2006, WPA được thay thế bằng chuẩn mới là WPA2. Những thay đổi đáng kể nhất của WPA2 so với người tiền nhiệm của nó là WPA2 sử dụng 1 thành phần mới thay thế cho TKIP là có tên CCMP; đồng WPA2 yêu cầu phải sử dụng thuật toán AES. Có thể nói rằng chuẩn WPA2 mới nhất này đã tăng khả năng bảo mật của router WiFi lên cao nhất từ trước tới nay mặc dù nó vẫn còn 1 số lỗ hổng hơi khó hiểu. Tuy nhiên bạn có thể hình dung về lỗ hổng này là nó yêu cầu hacker phải có quyền truy cập được vào mạng WiFi trước sau đó chúng mới có thể tiến hành hack được vào các client khác trong cùng mạng. Bởi thế, WPA2 có thể coi là chuẩn an toàn cho mạng WiFi gia
đình và với lỗ hổng trên, hacker chỉ có thể thâm nhập được vào mạng WiFi của các doanh nghiệp (với rất nhiều thiết bị kết nối) mà thôi [7]. Ngoài ra, bạn nên lưu ý tắt tính năng WPS, hệ thống dễ bị tấn công trong WPA và vẫn còn được lưu lại trong WPA2 nhằm tránh các nguy cơ bị tấn công, mặc dù việc hack vào hệ thống này yêu cầu hacker phải mất từ 2 đến 14 tiếng thông qua một hệ thống máy tính có năng lực tính toán cao. Bên cạnh đó, việc flash firmware (sử dụng một bản firmware ngoài, không phải do nhà sản xuất router cung cấp) không hỗ trợ WPS sẽ giúp cho WiFi của bạn được đảm bảo an toàn tuyệt đối [7]. 1.2.3 Các dạng tấn mạng không dây Có nhiều phương pháp để tấn công mạng không dây, một số phương pháp phổ biến như: Tấn công bị động: Tấn công bị động hay nghe lén là kiểu tấn công không tác động trực tiếp vào thiết bị nào trên mạng, không làm cho các thiết bị trên mạng biết được hoạt động của nó vì thế kiểu tấn công này rất khó phát hiện. Các phương thức thường dùng trong tấn công bị động như: nghe trộm, phân tích luồng thông tin. Sử dụng cơ chế bắt gói tin Sniffing để lấy trộm thông tin khi đặt một thiết bị thu nằm trong vùng phủ sóng. Tấn công kiểu bắt gói tin khó bị phát hiện ra sự có mặt của thiết bị bắt gói tin nếu thiết bị đó không thực sự kết nối tới AP [8]. Có nhiều ứng dụng bắt gói tin có khả năng thu thập được password từ những địa chỉ HTTP, email, phiên làm việc FTP, telnet. Những kiểu kết nối trên đều truyền password theo dạng clear text (không mã hóa). Có nhiều ứng dụng có thể lấy được password trên mạng không dây của quá trình trao đổi giữa Client và Server khi đang thực hiện quá trình đăng nhập. Việc bắt gói tin giúp kẻ tấn công có thể nắm được thông tin, phân tích được lưu lượng của mạng và nó còn gián tiếp làm tiền đề cho các phương thức tấn công phá hoại khác [8]. Tấn công chủ động: Tấn công chủ động là tấn công trực tiếp vào các thiết bị trên mạng như AP. Cuộc tấn công chủ động có thể được dùng để tìm cách truy cập tới một server để thăm dò, lấy
những dữ liệu quan trọng, thậm chí làm thay đổi cấu hình cơ sở hạ tầng mạng. Kiểu tấn công này dễ phát hiện nhưng khả năng phá hoại của nó rất nhanh. Kiểu tấn công cụ thể: Mạo danh, truy cập trái phép [8]. Một trong những cách phổ biến là một máy tính tấn công bên ngoài giả mạo là máy tính trong mạng rồi xin kết nối vào mạng để rồi truy cập trái phép nguồn tài nguyên trên mạng. Hacker sẽ giả mạo địa chỉ MAC, địa chỉ IP của thiết bị mạng trên máy tính của mình thành các giá trị của máy tính đang sử dụng trong mạng, làm cho hệ thống hiểu nhầm và cho phép kết nối. Các thông tin về địa chị MAC, IP cần giả mạo có thể thu thập được từ việc bắt trộm các gói tin trên mạng. Việc thay đổi địa chỉ MAC của card mạng không dây có thể thực hiện dễ dàng trên hệ điều hành Windows, UNIX [8]. Tấn công kẻ ngồi giữa thao túng Tấn công kiểu thu hút là trường hợp hacker sử dụng một AP giả mạo chèn vào giữa hoạt động của các thiết bị, thu hút và giành lấy sự trao đổi thông tin của các thiết bị về minh. AP chèn vào phải có vị trí, khả năng thu phát cao hơn nhiều so với AP hợp pháp trong vùng phủ sóng của nó để làm cho các client kết nối lại với AP giả mạo này. Với kiểu tấn công này thì người dùng khó có thể phát hiện được. Để tấn công thu hút, hacker phải biết được giá trị SSID mà các client đang sử dụng và key WEP nếu mạng có sử dụng WEP. Kết nối ngược từ AP trái phép được điều khiển thông qua một thiết bị client như PC card hay workgroup bridge [8]. Tấn công thu hút có thể được thực hiện trên một laptop với 2 PCMCIA card. Phần mềm AP chạy trên 1 laptop mà ở đó một PC card được sử dụng như một AP, 1PC card dùng để kết nối laptop với AP hợp pháp. Lúc này latop trở thành kẻ ở giữa hoạt động giữa client và AP hợp pháp. Hacker dùng kiểu tấn công này có thể lấy được các thông tin giá trị bằng cách sử dụng các chương trình phân tích trên máy tính [8]. Tấn công xác thực lại Kẻ tấn công xác định mục tiêu tấn công là các người dùng trong mạng WLAN và các kết nối của họ đến AP. Sau đó sẽ chèn các frame yêu cầu xác thực lại vào mạng WLAN bằng cách giả mạo địa chỉ MAC của AP và các người dùng. Người dùng khi nhận được các frame yêu cầu xác thực lại sẽ hiểu nhầm là của AP gửi đến. Sau khi ngắt được kết nối của một người dùng ra khỏi mạng WLAN, hacker tiếp tục thực hiện ngắt kết nối với các người dùng còn lại. Sau khi bị ngắt kết nối, thông thường người dùng sẽ
kết nối lại để phục hồi dịch vụ, nhưng kẻ tấn công đã nhanh chóng tiếp tục gửi các gói yêu cầu xác thực lại cho người dùng [8]. Tấn công giả mạo điểm truy cập Tấn công giả mạo AP là kiểu tấn công man-in-the-middle cổ điển. Đây là kiểu tấn công mà tin tặc đứng ở giữa và trộm lưu lượng truyền giữa hai nút. Kiểu tấn công này rất mạnh vì tin tặc có thể trộm tất cả lưu lượng đi qua mạng. Rất khó khăn để tấn công theo kiểu man-in-the-middle trong mạng có dây bời vì kiểu tấn công này yêu cầu truy cập thực sự vào đường truyền. Trong mạng không dây thì lại dễ bị tấn công kiểu này. Tin tặc sẽ tạo ra một AP giả mạo có cấu hình giống hệt như AP hợp pháp bằng cách sao chép SSID, địa chỉ MAC.v.v.. của AP hợp pháp (những thông tin cấu hình của AP hợp pháp có thể thu được bằng việc bắt các gói tin truyền trong mạng). Tin tặc phải chắc chắn AP giả mạo có cường độ tín hiệu mạnh hơn cả so với AP hợp pháp bằng cách đặt AP giả mạo gần với client hơn AP hợp pháp [8]. Bước tiếp theo là làm cho nạn nhân kết nối tới AP giả bằng cách đợi cho client tự kết nối hoặc gây ra một cuộc tấn công DoS vào AP hợp pháp do vậy client sẽ phải kết nối tới AP giả. Sau khi nạn nhân kết nối, nạn nhân vẫn hoạt động bình thường và nếu nạn nhân kết nối tới một AP hợp pháp khác thì dữ liệu của nạn nhân đều đi qua AP giả. Do đó, hacker có thể dùng các ứng dụng để thu thập các thông tin anh ta muốn. Kiểu tấn công này tồn tại do trong 802.11 không yêu cầu chứng thực 2 hướng giữa AP và client, AP phát quảng bá ra toàn mạng, rất dễ bị nghe trộm và ăn cắp thông tin bởi hacker [8]. 1.2.4 Các dấu hiệu tấn công mạng không dây Có 3 loại dấu hiệu giúp chúng ta phát hiện được các điểm bất thường Flooding Attacks: Loại tấn công này nhằm vào management frame thứ mà không được bảo vệ trong 802.11, mặc dù 802.11 đã cố gắng để lấp lỗ hổng này. Flooding attacks tạo ra một lượng tăng management frame đột ngột trên một đơn vị thời gian. Nó là một dạng tấn công tiêu biểu trong trong tấn công DOS [28]. Hình dưới là một deauthentication attack trong các khoảng thời gian 1400 đến 1600 và 2800 đến 3000