無線ネットワークのセキュリティ確保における暗号技術の活用方法

私たちユーザーは、これまでさまざまな方法で無線ネットワークに接続してきました。しかし、アクセスポイント経由でインターネットに接続できさえすれば、それで満足していました。しかし、その裏側で実際に何が起きているかを知ることは、実に興味深いものです。設定を一切行わずに接続できるオープンネットワークもあれば、パスワード（事前共有鍵）を入力して接続する家庭用ルーターもあります。後者では、パスワードを知っている人であれば誰でも接続できます。また、大学ではWiFiに接続する別の方法があります。大学では、ユーザー名とパスワード、すなわち各自固有の認証情報を使用します。ネットワークが見えていても、外部の人間が接続することはできません。唯一考えられる方法は、学生に認証情報を教えてもらい、その学生になりすましてEduroamネットワークに接続することですが、それが実際に起こることは稀だと考えられます。さらに、証明書を用いてユーザー／機器をアクセスポイントに対して認証する、はるかに優れたセキュリティ方式もあり、これは広く「ゴールドスタンダード」として認識されています。この方式では、接続のために何かを入力する必要はありません。言い換えれば、ユーザー側の操作を最小限に抑えながら、最高レベルのセキュリティでネットワークに接続できます。ただし、こうしたシステムの導入は、他の方式に比べて格段に難しいことは間違いありません。このように、実際に運用されているセキュリティ規格にはさまざまなものがあります。以下では、現行のセキュリティ規格を中心に、それぞれを簡単に紹介します。

WiFiセキュリティ規格

はじめに

最初のセキュリティ規格はWired Equivalent Privacy（WEP）と呼ばれるものでした。多くの脆弱性が発見され、安全性を保てないことが判明したため、現在は使用されていません。こうした脆弱性を受けて、WiFiアライアンスは直ちに後継規格である Wireless protected access（WPA）を策定しました。WPAには、パーソナルとエンタープライズという2種類の規格があります。その後、暗号化規格にいくつかのセキュリティ上の欠陥が見つかったことを受けて、更新版である WPA2が登場しました。両者の大きな違いは、使用する暗号化アルゴリズムにあります。WPA2は、CCMP（Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol）を伴うAESを使用します。 WPA3が近年登場しましたが、広く普及しているWPA2と比較して大きな違いはありません。WPA2が依然として安全であることから、企業側は新しい規格への移行を急いでいません。WPA3における変更点の一つとして、設定が不適切な旧来のWPA2パーソナルネットワークに対するブルートフォース攻撃への対策が挙げられます。

私たちの日常業務で最も多く使用されているのはWPA2規格であるため、本記事では主にこの規格に焦点を当てます。以下は、暗号化・認証プロセスで使用される規格の比較表です。

AESアルゴリズムの概要、種類、特徴については、前回の記事で説明しました。今回説明していなかったのがCCMPです。簡単に言うと、CCMPはAES暗号化をテキストに適用する方式であり、これによってセキュリティがさらに強化されます。これにより、ハッカーがメッセージを復号することが一層困難になります。過去にTKIPには脆弱性があり、多くの攻撃が確認されていたため、コミュニティは速やかに新しいWPA2規格へと移行しました。対称暗号は処理速度が速いため、2者間の一般的なデータ通信に使用されます。エンタープライズモードでは、認証のために非対称暗号が使用されます。認証プロセスが成功すると、通信のための安全な暗号化トンネルを確立するために、両端でセッションキーが生成されます。

WPA／WPA2パーソナル

私たちの家庭用ルーターでは、一般に「WPA/WPA2-PSK」として知られるWPA/WPA2パーソナルモードが使用されます。事前共有鍵（PSK）は、Wi-Fiセキュリティキー、WEPキー、またはWPA/WPA2パスフレーズとも呼ばれます。このPSKを用いて、暗号化・復号のための256ビット長のペアワイズ・マスターキーが生成されます。パーソナルモードでは、ネットワークの安全性はそれを利用する人々が保つ信頼に依存します。ネットワークに接続する人数が増えるほど、そのうちの誰かがパスワードを漏らしてしまうリスクが高まります。そのため、セキュリティを最優先事項とする企業や同様の大規模ネットワークにとって、PSKは理想的な解決策とは言えません。したがって、そうしたネットワークは、より安全性の高いエンタープライズモードへ移行する必要があります。エンタープライズモードに話を進めると、内容はさらに興味深く魅力的なものになります。本記事では、それについても簡単に取り上げます。

WPA2エンタープライズ

これは、無線ネットワークセキュリティにおけるゴールドスタンダードです。WPA2エンタープライズの導入には、RADIUSサーバーが必要です。エンタープライズ向けルーターだけでは認証処理を扱いきれないため、このサーバーがネットワークユーザーの認証というタスクを担います。実際の認証プロセスは802.1xポリシーに基づいており、後ほど説明するEAPフレームワークの下でいくつかの異なる方式が用意されています。各デバイスは接続前に認証されるため、デバイスとネットワークの間には実質的に専用の暗号化トンネルが構築されます。セキュリティは大幅に向上する一方で、導入の難易度も上がります。つまり、これはトレードオフなのです。

このようなシステムを導入するには、いくつかの主要な構成要素が必要です。

1. クライアント／サプリカント

無線ネットワークに安全に接続するために認証が必要なユーザーまたは機器。

2. アクセスポイント

エンタープライズ向けルーター／無線コントローラー。一般的な家庭用ルーターはエンタープライズモードに対応していません。

3. RADIUSサーバー／認証サーバー

認証プロセスを担います。アクティブディレクトリやIDストアの助けを借りて資格情報の確認やクライアント証明書の検証を行った後、クライアントは安全にネットワークへアクセスすることが許可されます。

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WPA2エンタープライズにおける認証

802.1x規格では、認証と暗号化の間に関係があります。暗号鍵は、認証プロセスが成功した後に導出されます。さまざまな認証方式は、拡張認証プロトコル（EAP）のもとで定義されています。EAPは特定の認証メカニズムではなく、認証フレームワークです。「EAPメソッド」と呼ばれる認証方式に対して、いくつかの共通機能を提供します。以下に、代表的な2つのEAPメソッドを挙げます。

1. 資格情報ベースの認証

PEAP-MSCHAPv2 は、現在最も一般的に使用されている資格情報ベースの認証プロトコルです。ほぼすべてのEduroamネットワークや多くの企業が、ユーザー名・パスワードによってユーザーを認証しています。証明書方式と比較すると導入は比較的容易ですが、これらのネットワークは依然として、ブルートフォース攻撃や無線経由の攻撃など、多くの問題にさらされやすい状態にあります。

2. 証明書ベースの認証

これは、WPA2エンタープライズの中で最も強固な規格です。認証にはデジタル証明書による非対称暗号が用いられます。これらの証明書は最初にデバイスへインストールしておく必要がありますが、一度インストールしてしまえば、ユーザーはネットワークへアクセスする際にパスワードや資格情報を入力する必要はありません。デバイスがネットワークの範囲内に入るだけで、自動的に接続されます。したがって、最も優れたユーザー体験を提供します。

EAP-TLS は、クライアント側証明書の要求とサーバー証明書の検証を必要とすることから、現時点で最も安全性の高いEAP規格として広く認識されています。

今回は以上です。楽しんでお読みいただけたなら幸いです。最後までお読みいただき、ありがとうございました。この記事から何か学んでいただけたなら嬉しく思います。