Estándar IEEE802.11(wifi), WEP y WPA

El estándar IEEE802.11(wifi) se refiere a la familia de especificaciones desarrolladas por la IEEE para tecnologías de redes LAN. 802.11 especifica una interfazaérea entre un cliente inalámbrico y una estación base o entre dos clientes inalámbricos. La IEEE aceptó la especificación en el año 1997.

Conceptos Generales

• Estaciones: computadores o dispositivos con interfaz de red.
• Medio: se pueden definir dos, la radiofrecuencia y los infrarrojos.
• Punto de acceso (AP): tiene las funciones de un puente (conecta dos redes con niveles de enlace parecidos o distintos), y realiza por tanto las conversiones de trama pertinente.
• Sistema de distribución: importantes ya que proporcionan movilidad entre AP, para tramas entre distintos puntos de acceso o con los terminales, ayudan ya que es el mecánico que controla donde está la estación para enviarle las tramas.
• Conjunto de servicio básico (BSS): grupo de estaciones que se intercomunican entre ellas. Se define dos tipos:
• Independientes: cuando las estaciones, se intercomunican directamente.
• Infraestructura: cuando se comunican todas a través de un punto de acceso.
• Conjunto de servicio extendido (ESS): es la unión de varios BSS.
• Área de servicio básico: importante en las redes 802.11, ya que lo que indica es la capacidad de cambiar la ubicación de los terminales, variando la BSS. La transición será correcta si se realiza dentro del mismo ESS en otro caso no se podrá realizar.
• Límites de la red: los límites de las redes 802.11 son difusos ya que pueden solaparse diferentes BSS.

Existen varias especificaciones de la familia del 802.11:

*802.11: se aplica a redes LAN inalámbricas y provee una transmisión de 1 o 2 Mbps en la banda de 2.4 GHz usando frecuencia FHSS o DSSS.

Estándares de la familia IEEE 802.11 (Wi-Fi)
Protocolo	Año	Frecuencia de operación	Velocidad máxima
• 802.11	1997	2.4-2.5 GHz	2 Mbit/s
• 802.11a	1999	5.15-5.35/5.47-5.725/5.725-5.875 GHz	54 Mbit/s
• 802.11b	1999	2.4-2.5 GHz	11 Mbit/s
• 802.11g	2003	2.4-2.5 GHz	54 Mbit/s
• 802.11n	2008	2.4 GHz o 5 GHz bands	540 Mbit/s
Otros: 802.11c • 802.11d • 802.11e • 802.11f • 802.11h • 802.11i • 802.11j • 802.11k • 802.11l • 802.11m • 802.11o • 802.11p • 802.11q • 802.11r • 802.11s • 802.11T • 802.11u • 802.11v • 802.11w • 802.11x • 802.11y

IEEE 802.11a

El estándar 802.11 tiene en teoría un flujo de datos máximo de 54 Mbps, cinco veces el del 802.11b y sólo a un rango de treinta metros aproximadamente. El estándar 802.11a se basa en la tecnología llamada OFDM (multiplexación por división de frecuencias ortogonales). Transmite en un rango de frecuencia de 5 GHz y utiliza 8 canales no superpuestos.

Es por esto que los dispositivos 802.11a son incompatibles con los dispositivos 802.11b. Sin embargo, existen dispositivos que incorporan ambos chips, los 802.11a y los 802.11b y se llaman dispositivos de "banda dual".

IEEE 802.11b

El estándar 802.11b permite un máximo de transferencia de datos de 11 Mbps en un rango de 100 metros aproximadamente en ambientes cerrados y de más de 200 metros al aire libre (o incluso más que eso con el uso de antenas direccionales).

IEEE 802.11g

El estándar 802.11g permite un máximo de transferencia de datos de 54 Mbps en rangos comparables a los del estándar 802.11b. Además, y debido a que el estándar 802.11g utiliza el rango de frecuencia de 2.4 GHz con codificación OFDM, es compatible con los dispositivos 802.11b con excepción de algunos dispositivos más antiguos.

IEEE 802.11n

El estándar  802.11n es una propuesta de modificación al estándar IEEE 802.11-2007 para mejorar significativamente el rendimiento de la red más allá de los estándares anteriores, tales como 802.11b y 802.11g, con un incremento significativo en la velocidad máxima de transmisión de 54 Mbps a un máximo de 600 Mbps. Actualmente la capa física soporta una velocidad de 300Mbps, con el uso de dos flujos espaciales en un canal de 40 MHz. Dependiendo del entorno, esto puede traducirse en un rendimiento percibido por el usuario de 100Mbps.1

El estándar 802.11n fue ratificado por la organización IEEE el 11 de septiembre de 2009.2

WEP Y WPA 

WEP, acrónimo de Wired Equivalent Privacy o "Privacidad Equivalente a Cableado", es el sistema de cifrado incluido en el estándar IEEE 802.11 como protocolo para redes Wireless que permite cifrar la información que se transmite. Proporciona un cifrado a nivel 2, basado en el algoritmo de cifrado RC4 que utiliza claves de 64 bits (40 bits más 24 bits del vector de iniciación IV) o de 128 bits (104 bits más 24 bits del IV). Los mensajes de difusión de las redes inalámbricas se transmiten por ondas de radio, lo que los hace más susceptibles, frente a las redes cableadas, de ser captados con relativa facilidad. Presentado en 1999, el sistema WEP fue pensado para proporcionar una confidencialidad comparable a la de una red tradicional cableada.

Comenzando en 2001, varias debilidades serias fueron identificadas por analistas criptográficos. Como consecuencia, hoy en día una protección WEP puede ser violada con software fácilmente accesible en pocos minutos. Unos meses más tarde el IEEE creó la nueva corrección de seguridad 802.11i para neutralizar los problemas. Hacia 2003, la Wi-Fi Alliance anunció que WEP había sido reemplazado por Wi-Fi Protected Access (WPA). Finalmente en 2004, con la ratificación del estándar completo 802.11i (conocido como WPA2), el IEEE declaró que tanto WEP-40 como WEP-104 fueron revocados por presentar fallos en su propósito de ofrecer seguridad. A pesar de sus debilidades, WEP sigue siendo utilizado, ya que es a menudo la primera opción de seguridad que se presenta a los usuarios por las herramientas de configuración de los routers aún cuando sólo proporciona un nivel de seguridad que puede disuadir del uso sin autorización de una red privada, pero sin proporcionar verdadera protección. Fue desaprobado como un mecanismo de privacidad inalámbrico en 2004, pero todavía está documentado en el estándar actual.

Autenticación

En el sistema WEP se pueden utilizar dos métodos de autenticación: Sistema Abierto y Clave Compartida.

Para más claridad hablaremos de la autenticación WEP en el modo de Infraestructura (por ejemplo, entre un cliente WLAN y un Punto de Acceso), pero se puede aplicar también al modo Ad-Hoc.

Autenticación de Sistema Abierto: el cliente WLAN no se tiene que identificar en el Punto de Acceso durante la autenticación. Así, cualquier cliente, independientemente de su clave WEP, puede verificarse en el Punto de Acceso y luego intentar conectarse. En efecto, la no autenticación (en el sentido estricto del término) ocurre. Después de la autenticación y la asociación, el sistema WEP puede ser usado para cifrar los paquetes de datos. En este punto, el cliente tiene que tener las claves correctas.

Autenticación mediante Clave Compartida: WEP es usado para la autenticación. Este método se puede dividir en cuatro fases: I) La estación cliente envía una petición de autenticación al Punto de Acceso. II) El punto de acceso envía de vuelta un texto modelo. III) El cliente tiene que cifrar el texto modelo usando la clave WEP ya configurada, y reenviarlo al Punto de Acceso en otra petición de autenticación. IV) El Punto de Acceso descifra el texto codificado y lo compara con el texto modelo que había enviado. Dependiendo del éxito de esta comparación, el Punto de Acceso envía una confirmación o una denegación. Después de la autenticación y la asociación, WEP puede ser usado para cifrar los paquetes de datos.

A primera vista podría parecer que la autenticación por Clave Compartida es más segura que la autenticación por Sistema Abierto, ya que éste no ofrece ninguna autenticación real. Sin embargo, es posible averiguar la clave WEP estática interceptando los cuatro paquetes de cada una de las fases de la autenticación con Clave Compartida. Por lo tanto es aconsejable usar la autenticación de Sistema Abierto para la autenticación WEP (nótese que ambos mecanismos de autenticación son débiles).

Defectos

El principal problema radica en que no implementa adecuadamente el vector de iniciación del algoritmo RC4, ya que utiliza un enfoque directo y predecible para incrementar el vector de un paquete a otro. Además existe un problema con el tamaño de los vectores de iniciación. A pesar de que se pueden generar muchos vectores, la cantidad de tramas que pasan a través de un punto de acceso es muy grande, lo que hace que rápidamente se encuentren dos mensajes con el mismo vector de iniciación. Conociendo los IV utilizados repetidamente y aplicando técnicas relativamente simples de descifrado puede finalmente vulnerarse la seguridad implementada. Aumentar los tamaños de las claves de cifrado aumenta el tiempo necesario para romperlo, pero no resulta imposible el descifrado.

Para atacar una red Wi-Fi se suelen utilizar los llamados Packet sniffers y los WEP Crackers. Para llevar a cabo este ataque se captura una cantidad de paquetes determinada (dependerá del número de bits de cifrado) mediante la utilización de un Packet sniffer y luego mediante un WEP cracker o key cracker se trata de “romper” el cifrado de la red. Un key cracker es un programa basado generalmente en matemáticas estadísticas que procesa los paquetes capturados para descifrar la clave WEP. Crackear una llave más larga requiere la interceptación de más paquetes, pero hay ataques activos que estimulan el tráfico necesario (envenenadores de ARP).

A pesar de existir otros protocolos de cifrado mucho menos vulnerables y más eficaces, como pueden ser el WPA o el WPA2, el protocolo WEP sigue siendo muy popular y posiblemente el más utilizado. Esto se debe a que WEP es fácil de configurar y cualquier sistema con el estándar 802.11 lo soporta. Sin embargo no ocurre lo mismo con otros protocolos, como WPA, que no es soportado por muchos dispositivos de red antiguos. El hardware moderno pasa entonces a utilizar el modelo de seguridad WEP para ser compatible con hardware de red anterior.

Wi-Fi Protected Access, llamado también WPA (en español «Acceso Wi-Fi protegido») es un sistema para proteger las redes inalámbricas (Wi-Fi); creado para corregir las deficiencias del sistema previo, Wired Equivalent Privacy (WEP).1 Los investigadores han encontrado varias debilidades en el algoritmo WEP (tales como la reutilización del vector de inicialización (IV), del cual se derivan ataques estadísticos que permiten recuperar la clave WEP, entre otros). WPA implementa la mayoría del estándar IEEE 802.11i, y fue creado como una medida intermedia para ocupar el lugar de WEP mientras 802.11i era finalizado. WPA fue creado por la Wi-Fi Alliance («Alianza Wi-Fi»).

WPA adopta la autenticación de usuarios mediante el uso de un servidor, donde se almacenan las credenciales y contraseñas de los usuarios de la red. Para no obligar al uso de tal servidor para el despliegue de redes, WPA permite la autenticación mediante una clave precompartida, que de un modo similar al WEP, requiere introducir la misma clave en todos los equipos de la red.

Un inconveniente encontrado en la característica agregada al Wi-Fi llamada Wi-Fi Protected Setup (también bajo el nombre de QSS) permite eludir la seguridad e infiltrarse en las redes que usan los protocolos WPA y WPA2.

Seguridad, ataques WPA TKIP

TKIP es vulnerable a un ataque de recuperación de keystream, esto es, sería posible reinyectar tráfico en una red que utilizara WPA TKIP.4 Esto es posible por diversas causas, algunas de ellas heredadas de WEP. Entre las causas, cabe destacar la evasión de las medidas anti reinyección de TKIP y se sigue una metodología similar a la utilizada en el popular ataque CHOP CHOP sobre el protocolo WEP. La evasión de protección anti reinyección de TKIP es posible debido a los diversos canales que se utilizan en el modo QoS especificado en el estándar 802.11ie, aunque también existe la posibilidad de aplicarlo en redes no QoS.