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基于虛擬裝置的無線網絡安全測試平臺

文檔作者：阮浩德		點擊數：	更新時間： 2021年07月13日
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圜圜旺
基于虛擬裝置的無線網絡安全測試平臺
口蕊
0引畜
新興無線網絡技術的蓬勃發展及其日益普及的使用率帶動
不同無線網絡之間的整合和互通，毫無疑問，異質性網絡的相關
應用和服務將會是下一波產業的發展重點【l。2J。異質無線網絡整
合許多不同的網絡型態，如無線局域網絡(WLAN)和無線都會
網絡(WMAN)，因此，我們無法直接將現有的無線網絡安全技
術套用至異質無線網絡上，針對單一無線網路設計的安全技術無
法解決異質網絡的安全議題。為此，專家學者們紛紛提出針對異
質網絡設計的防御機制。然而，由于異質網絡涵蓋多種不同的網
絡型態和特性，如何建立適用于異質網絡的測試環境成為現今研
究學者們面臨的一大挑戰【j“。研究人員可透過建立實體的異質
網絡進行安全機制的測試實驗，但是新興的網絡設備往往售價昂
貴，除了實地建置實體測試環境外，網絡仿真軟件，如ns2與
NCTUns，也支持模擬多種網絡，可解決實體實驗環境缺乏的困
難，然對許多實驗而言，軟件仿真仍有其限制，許多性能瓶頸都
是由于仿真軟件無法提取部分系統屬性的方式而導致pJ。
SWOONv2(Secure Wireless Overlay Observation Networks
version 2)是針對多種無線網絡如802．1Ia／b／g、802．16d而設計的
仿真(emulated)無線迭代網絡測試平臺。SWOONv2支援1EEE
標準的封包格式，除了無線網絡特性外，也提供WiFi(Wireless
Fidelity)，無線兼容認證、漫游、多界面竊聽等進階功能。
SWOONv2提供具可伸縮性和可擴充性的測試環境，允許研究人
員評測異質無線網絡安全協議與安全機制。SWOONv2的可配置
性、彈性與對數種無線網絡技術的支持可大幅減少研究人員建置
實驗環境、安裝驅動程序、安裝軟件模塊的時間。
SWOONv2建構于美國加州大學柏克萊分校開發Defense
Technology Experimental Research(DETER)平臺之上”1。DETER
是一用以研究網絡安全攻防機制的實驗平臺，它以美國猶他大學
開發的Emulab為基礎，提供節點隔離機制，支持可重復配置的
有線網絡安全實驗。DETER提供數百個實驗節點，能夠負擔中
型網絡的安全實驗，諸如阻斷式服務攻擊、EMIST計劃進行的蠕
蟲行為探究實驗等。SWOONv2以DETER為基礎，除了支持
DETER提供的有線網絡安全實驗外，也新增了WiFi、WiMAX
等無線網絡的測試環境“J。
在2008年，Huang等人提出了第一個無線網路測試平臺
SWOON(Secure Wireless Overlay Observation Networks)。
SWOON建構于DETER之上，它以兩個DETER實驗節點仿真
一個無線裝置。考慮到日益龐大復雜的網絡環境，我們認為以兩
個DETER實體節點仿真無線節點將大大限制測試網絡的規模，
為此我們有必要設計一個更經濟的實驗平臺。我們設計了基于虛
擬驅動程序和虛擬天線的WOONv2，于此架構中。我們僅需一
個DETER節點便能仿真一個無線節點，與SWOON相比，采用
SWOONv2的設計，同樣規模的DETER平臺可提供二倍大的測
試環境。本文將詳述SWOONv2的系統設計和實作，并介紹范例
實驗，說明SWOONv2的實用性和可行性。
1 基于虛擬裝置的無線異質網絡的安全測試平臺
1．1整體架構
SWOONv2由四大組件組成：(1)控制客戶端；(2)DETER
服務器；(3)DETER實驗節點：(4)虛擬聯接(virtual link)。
使用者可藉由控制客戶端設計實驗拓撲和指定實驗參數，控制客
戶端將拓撲轉為NS(Network Simulator，NS)語言后，DETER
服務器則依該NS檔案配置DETER實驗節點。控制客戶端并可
透過DETER服務器傳送實驗參數、指令至實驗節點，實驗節點
會依用戶設定的指令進行實驗。SWOONv2的架構如圖l所示。
控制客戶端提供用戶一套圖形化的設定工具用以設置實驗
環境、開啟攻防程序以及觀測實驗結果。控制客戶端的分析器
(parser)負責解析無線拓撲圖形為配置文件案，網絡設定程序
(network configurator)處理網絡參數設定并產出NS檔案，DETER
服務器接收到NS檔案后會依此文件配置對應的DETER有線網
絡架構。實驗建置完成后，控制客戶端傳送各個實驗節點的訊號
覆蓋表(coverage table)至實驗節點，該表記錄了每個節點訊號
范圍內的其他節點和節點間的距離，仿真電磁訊號的衰退與傳輸
距離的關系。實時顯示畫布(real-time display)則負責接收及動
態呈現實驗結果。
圖l SWOONv2架構
注：使用者利用控制客戶端操控、觀看實驗，DETER服務
器則負責傳送控制客戶端接受的指令給實驗節點。
DETER服務器主要可分為指揮服務器(boss server)和使用
者服務器(user server)。指揮服務器負責控制交換器和電源控制
器，在建立新實驗時，它會配置實驗節點，創建實驗者設計的
網絡拓撲。使用者服務器的主要工作為管理使用者賬號以及使用
者所建立的實驗。用戶可使用SSH協議連至用戶伺服器，安全
地遠程訪問數據、傳送數據和控制實驗。
DETER實驗節點可分為三部分：應用程序(application)、
客戶端設定(config client)和虛擬無線界面(virtual wireless
interface)，其中虛擬無線界面的設計為本論文的核心貢獻之一。
本文所指的應用程序包含了網絡攻擊程序、防御程序等等；客戶
端設定則負責處理實驗節點的網絡設定和控制訊號。虛擬無線界
面是為了仿真模擬真實的WiFi和WiMAX無線網絡界面卡而設
計，主要可分為底層的虛擬天線(virtual antenna)和上層的虛擬
驅動程序(virtual driver)，其架構如圖2所示。SWOONv2是基
于DETER而設計的無線網絡實驗平臺，然DETER的實驗節點
僅支持802．3協議，因此SWOONv2透過在實驗節點上運行用戶
數據報協議(User Datagrarn Protocol，UDP)廣播封包來仿真無
線訊號的廣播特性。
H二』接劃，|L：?t lⅢi¨
1．2虛擬驅動程序
本文給出了支持WiFi(IEEE 802．11協議)和WiMAX(IEEE
802．16協議)的虛擬驅動程式，虛擬驅動程序可直接與實驗節點
萬方數據
圜墨甄
的作業系統核心溝通，負責網絡控制層(Media Access Control
Layer，MAC Layer)的所有控制以及資料(Data)封包的處理工
作悼J。虛擬驅動程序接收到來自系統核心的數據后，會將數據封
裝(encapsulate)為802．11或802．16封包，再交由虛擬天線進
行無線訊號來自虛擬天線的封包后，它先解封裝(decapsulate)
802．3封包表頭(header)，再將數據轉傳給操作系統核心及應用
程序。WiFi和WiMAX虛擬驅動程序的實作細節如下：
WiFi虛擬驅動程序：我們修改在802．1l協議實作中最具權
威的Atheros公司所生產網卡的Linux驅動程序，以完成適用于
SWOONv2的WiFi虛擬驅動程式。Atheros公司的網絡卡驅動程
式分為兩個部分：第一負責與作業系統接軌，提供公開原始碼；
第二稱為硬件抽象層(HardwareAbstraction Layer，HAL)，負責
與無線網絡卡溝通并提供上層統一的界面。礙于電信技術法規的
限制，公司不能公開HAL原始碼，為此我們重新實作了硬件抽
象層。在SWOONv2的仿真網路中，由于沒有實體的Atheros網
路卡，硬件抽象層無法和硬件溝通；因此我們的硬件抽象層旨在
和虛擬天線溝通，而非實體的無線網絡卡一J。
WiMAX虛擬驅動程序：我們遵循IEEE 802．16標準，自行
開發適用于Linux操作系統的WiMAX虛擬驅動程序。此虛擬驅
動程序負責建立支持WiMAX網絡的虛擬界面，進行與應用程序
問的資料傳輸以及處理傳輸所需的控制訊息。WiMAX虛擬驅動
程序完全由SWOONv2開發團隊自行開發，不同于ath5k的WiFi
驅動程序。WiMAX虛擬驅動程序可直接與虛擬天線溝通，進而
傳送數據和處理控制訊息。
1．3虛擬天線的主要功能為仿真無線網絡
底層的介質傳送和信息交換等工作。虛擬天線將來自上層虛
擬驅動程序的802．1l或802．16封包封裝為符合UDP的廣播封包，
再將UDP封包傳至實體以太(ethemet)網絡卡，進而廣播至其他
實驗節點。同理，當虛擬天線接收來自其他節點的UDP廣播封
包后，首先解開UDP表頭，并交由訊號覆蓋表過濾，留下該天
線所能接收的封包，接著虛擬天線再將封包傳送至上層。
虛擬鏈接旨在建立控制客戶端和服務器問的聯機，這是由于
在DETER的設計架構中，只有指揮服務器和使用者服務器這二
臺外部機器能存取DETER內部實驗節點。因此，為了使位于
DETER實驗網絡之外的控制客戶端能與DETER實驗結點溝通，
我們必須建立虛擬鏈結，使其能提供轉傳客戶端封包至DETER
實驗節點的代理服務。我們建立可觀測實驗結果和節點狀態的
SSH通道(tunnel)，實驗節點可通過防火墻，透過代理服務器
(proxy server)與客戶控制端建立聯機。由于控制客戶端送出的
指令只嵌有節點名稱，指揮服務器的域名系統(domain name
system，DNS)服務也會被要求協助轉送各種服務所需的指令。
同理，DNS服務的響應也將經由代理服務器回傳至控制客戶端。
SWOONv2沿用DETER分隔內部實驗網絡與外部公眾網絡的設
計，因此能夠保護內部實驗網絡，使其免于遭受外部惡意攻擊的
威脅，同時也能避免因內部實驗網絡的錯誤設定與攻擊測試等所
導致的外部網絡不穩定的情形發生。圖3說明建造虛擬聯接的訊
息流程。
【’-i 3逍l立引H{【1 7．1’¨．總流“
注：控制客戶端透過SSH通道與用戶服務器建立聯機，并
經由該信道傳送指令予實驗節點。
1．4使用者界面
SWOONv2開發團隊實作了一。套友善的圖形化界面(GUI)，
以期協助使用者快速上手、輕松使用SWOONv2。使用者可藉由
GUI遠程設計實驗拓撲并加載、控制和實時監測實驗結果。GUI
包含了以下三大組件：(1)無線裝置(Type ofnodes)；(2)畫布
(Canvas)：(3)參數(Parameters)。如圖4。
▲j
圖4圖彤化用尸界回
注：提供友善的操作環境，使用者得以容易地建立實驗、觀
測實時結果。
(1)無線裝置：SWOON GUl支持802．11無線站臺(STA)、
802．11無線網絡存取器(AP)、WiMAX客戶端(subscriber station，
簡稱SS)與WiMAX基地臺(base station，BS)四種無線裝置。
802．1l STA經由802．1l AP連接網際網絡：WiMAX SS則是支
持802．16d協議，透過WiMAX BS使用網絡資源”?。
(2)畫布：畫布能夠動態顯現實時實驗結果。畫布以圖像方
式呈現了用戶設計的無線網絡拓撲，并將圖像拓撲轉譯為NS文
件格式，DETER依該文件建置配置實驗機器。使用者可在畫布
上新增無線裝置，裝置擺放方式影響裝置間的距離：根據裝置擺
放位置，也能產生每個實驗裝置的訊號覆蓋表，用戶界面傳送該
表至實驗節點，節點則依據表格內容仿真無線訊號的衰減等行
為。透過右擊畫布上的無線裝置，使用者便能進一步設定或是開
啟／停止實驗。以圖5為例，用戶可右擊Eve選取進階功能，諸
如發動／停止竊聽(eavesdropping)攻擊：或是使用者可以在畫布
上指定無線裝置漫游路徑(roaming path)，并且透過箭頭顏色深
淺、箭頭長短、箭頭方向以及訊號覆蓋范圍大小等信息來了解網
絡的實時情形。
(3)參數：使用者可透過參數設定，如覆蓋范圍、網絡帶寬、
丟失率、操作系統等等，決定實驗節點的屬性。除了操作系統的
外，用戶能在實驗過程中實時更新多數參數。
■■—■●—■●■■■■■互墨—E雹童曩墨|—■■—■■■■●■_．，一
．·■●一1 一·
j
色=-
■■—■●■
圖5畫布示意圖
注：使用者除了可透過畫布觀察實驗外，并可點擊畫布上裝
置進行進階的實驗設定。
2仿真試驗
本節將介紹二個實驗以說明和驗證SWOONv2仿真無線網
絡的正確性和有效性。
2．1無線竊聽攻擊
相較于有線網絡，無線網絡以空氣為介質傳遞封包的特性使
其更易于遭受攻擊，竊聽攻擊則為無線網絡中常見的一種攻擊。
在竊聽攻擊實驗中，我們呈現修改后的Wireshark網路封包檢視
軟件，且由圖6我們可以基于Wireshark解析封包的結果得知，
SWOONv2已能支持符合WiMAX格式的封包，并且透過Wireshark
(下轉第91頁)
萬方數據
目墨蕊
事件消息。在應用服務器消息接口程序中要對此事件進行響應，
處理函數的片段如下
private function receiveEvent($object)
{switch($object->Event){
case”subscribe”：
if(isset($object->EventKey)){
$contentStr=”掃碼關注：”．$object->EventKey；
產此處加入數據庫操作，建立推薦關系·／}
break；
default：break； )
$resultStr=Sthis一>transmitText($object，$contentStr)．
return SresultStr；)
此處獲得的$object．>EventKey為一個字符串，假如我們在此
二維碼中帶的參數為23(即注冊用戶表中id號為23的用戶二維
碼)，則掃描推送事件中獲取的$object，>EventKey值
為”qrscene ”，通過字符串處理函數截取id號。在表中插．23 user
入一條記錄，保存新關注用戶和23號注冊用戶的open id，他們
之間的推薦關系就成功建立了。
4結論
本方案利用每個用戶微信號在公共號中可獲取的特有
open 作為身份標識，這是一個加密后的28位字符串有較好id
的安全性，因為微信二維碼參數只能為整型，所以方案中以注冊
用戶記錄的id號作為參數標識推薦的注冊用戶，實現了新用戶
和推薦用戶之間的關系設定。
引用：
f11謝曉萍．微信思維．廣東：羊城晚報出版社．
【2】微信公共平臺開發者文檔．http：／／mp．weixin．qq．C—om／一
wiki／home／．
【3】方倍工作室．微信公眾平臺開發最佳實踐．北京：機械工
業出版杜。2014．
(天津中一職業技術學院天津300350)
■■一■I●■■■■●●■■●■●一■■一●●■●■■■■■■●●●■■■●●●■■一■●■●■●■■■■■●●■■●■■■■■●●■■■●●■●●■●●●■●■一●■■●●■■
(上接第89頁) 3結論
擷取的封包內容也能證實SWOONv2于仿真無線網絡監控的有SWOONv2是一基于虛擬天線和虛擬驅動程式設計的安全
效性。無線觀測網絡，用戶可在SWOONv2底層的虛擬天線上安裝各
鋤一。一型“-：““”?-刪：一一--?．一岜一| 種無線網絡界面的驅動程序，藉以擴充平臺支持的網絡技術。
耋。+‘“之；：3j一。1。‘?“‘誓SWOONv2允許網絡參數動態調整，GUI能依I據新I參數值反應實‘iI‘ ^f、／u??．i，．Mw㈣Jb’口o??MM
警竺竺蘭：
’
時結果；SWOONv2同時也能仿真模擬行動裝置，用戶可透過
‘
．一一、 GUI設定以^E漫f‘游豆lOT娟路I—徑L和1H裝砜且置1移羅訓動尬速干率’，，觀如看侶／無L線J礬裝砜置且交凡恥握^過土1程土、、
m，：*。f一。。n。?? 監控無線網絡。SWOONv2保障了實驗的安全性和隔離性，進行中
i一■ ”I．·～ 一的實驗不會互相干擾，內部的攻擊實驗無法擴散至外部公有網絡。
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圖6竊聽實驗提取的封包訊息
2．2無線漫游
SWOONv2支持WiFi與WiMAX無線漫游換手(hand-over)
所需的各種功能。各移動裝置可以自由地連結、分離WiFi無線
存取點或WiMAX基地臺。SWOONv2也提供了設定漫游路徑的
界面(如圖7)，使用者不但可以設定漫游路徑也能調整無線裝置
移動速率，透過此無線漫游功能，開發人員可以測葫新的換手協
議效能是否適用于真實環境中的移動裝置。
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圖7尤線漫游功能沒定
注：上方二個紅框為漫游路徑設定區，下方紅框則是移動速
率設定。
[1】溫蜜，李輝，鄭燕飛，陳克非．基于到迭時間差的無線
傳感器網絡中的Sybfl攻擊檢測方案(英文)[J]Journal of Sha
nghai University(En曲sh Edition)，201 1．
f21蔣毅，史浩山，趙洪鋼．基于分級Merkle樹的無線傳感
器網絡廣播認證策略Ⅱ】．系統仿真學報，2011．
f31裴慶祺，沈玉龍，馬建峰．無線傳感器網絡安全技術綜
述U1通信學報，2012．
f41趙小偉，王紹斌．基于標識算法的密鑰管理體系和CPK
認證Ⅱ】信息安全與通信保密，2(113．
【5】周四望，林亞平，張建明．傳感器網絡中基于環模型的
小波數據壓縮算法U1軟件學報，2010．
[6降平，林亞平，曾瑋妮．傳感器網絡安全研究(英文)Ⅱ】．
軟件學報。2()15．
【7]VEIGNEK Christian．1dendty—based key agreem—ent an
d encryption for wireless sensor networks[J]．T—he Journal of
China Universities of Posts and Telec—ormnunications，201 1．
【8】崔莉，鞠海玲，苗勇，李天璞，劉巍，趙澤．無線傳感
器網絡研究進展Ⅱ】．計算機研究與發展，2014．
【9】任豐原，黃海寧，林闖．無線傳感器網絡圈．軟件學報2013．
【1 0】彭偉，盧錫城．AHBP：An Efficient Broadcast Pr—otoc
ol forMobile Ad Hoc Networks[J]doumal of Co—mputer Scie
nce and Technology．2013．
(廣東省城鄉規期設計研究院廣東510290)
萬方數據

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