Wi-Fiセキュリティプロトコル：WEP、WPA2、WPA3

無線ネットワークは空中に信号を発信するため、有線ネットワークなら越えられない物理的な境界も通過します。Wi-Fi信号の範囲内にいる人は、建物に物理的に侵入しなくても接続を試みたり、トラフィックをキャプチャしたりできます。そのため、無線ネットワークは本質的に有線ネットワークよりも露出しやすくなります。WEP、WPA、WPA2、WPA3のセキュリティプロトコルは、以前のプロトコルの弱点に対処するため、段階的に開発されました。この進化を理解することは、Security+試験にも、実際の無線環境を監査するうえでも重要です。

WEP（Wired Equivalent Privacy）は、1997年に導入された最初の802.11セキュリティ標準規格です。RC4ストリーム暗号と40ビット（後に104ビット）の鍵、および24ビットのInitialization Vector（IV）を使用していました。IVは小さすぎました。取り得る値がわずか約1,600万通りしかないため、トラフィックの多いネットワークではIVが急速に重複します。攻撃者は、重複したIVを含むフレームを十分に収集し、統計分析によって秘密鍵を復元できました。Aircrack-ngなどのツールを使えば、わずか50,000個程度のパケットをキャプチャするだけで、数分以内にWEPを解読できます。WEPは完全に破綻しているため、決して使用してはいけません。

WPA（Wi-Fi Protected Access）は、802.11i標準規格の策定が完了するまでの緊急対策として、2003年にリリースされました。WPAではTKIP（Temporal Key Integrity Protocol）が導入され、パケットごとの鍵混合機能とシーケンスカウンターが追加されました。これにより、WEPで問題となっていたIVの再利用に対処しました。また、パケットの改ざんを検知するMessage Integrity Check（MIC）として、Michaelも追加されました。ただし、TKIPは依然としてRC4を使用しており、いくつかの弱点を引き継いでいます。WPAはファームウェア更新によって既存のWEP対応ハードウェア上で動作するよう設計されましたが、現在では非推奨とされています。

WPA2はIEEE 802.11i標準規格を完全に実装したもので、2004年にWPAに代わる主流のWi-Fiセキュリティプロトコルとなりました。最大の改善点はCCMP（Counter Mode with CBC-MAC Protocol）で、RC4の代わりにAESを使用します。AES-CCMPは128ビット鍵を使用し、暗号化と完全性保護の両方を提供します。WPA2には2つのモードがあります。Personal（PSK）は共有パスフレーズを使用し、家庭や小規模オフィスに適しています。一方、Enterprise（802.1X/RADIUS）はユーザーごとに個別の証明書または認証情報を使用し、企業環境に適しています。

WPA2-PSKのセキュリティは、クライアントの接続時に行われる4ウェイハンドシェイクに依存しています。APとクライアントは、ノンスを交換してPairwise Transient Key（PTK）を計算することで、Pre-Shared Keyを知っていることを相互に証明します。このハンドシェイクをキャプチャした攻撃者は、APとやり取りせずに、何百万ものパスワードを試すオフライン辞書攻撃を実行できます。新しいPMKID攻撃（2018年）は、最初のEAPOLメッセージから単一のPMKIDフレームを抽出します。これにより、クライアント認証全体をキャプチャする必要がなくなり、WPA2-PSKの解読において受動的なキャプチャさえ不要になります。

WPA3は、WPA2の弱点に対処するため2018年に導入されました。最も重要な改善点は、PSKの4ウェイハンドシェイクをSAE（Simultaneous Authentication of Equals）（Dragonflyとも呼ばれます）に置き換えたことです。SAEは前方秘匿性を提供するため、後からパスワードが漏えいしても、キャプチャ済みのトラフィックをさかのぼって復号することはできません。また、ログインの試行ごとにAPとの通信が必要になるため、オフライン辞書攻撃も防止します。WPA3-Enterpriseでは、機密性の高い環境向けに192ビットのセキュリティスイートが必須です。さらにWPA3では、パスワードなしでオープンネットワークを暗号化するEnhanced Open（OWE）も導入されています。

PMF（Protected Management Frames）は802.11wで定義され、認証解除や関連付け解除などの管理フレームに完全性保護を提供します。PMFがない場合、これらのフレームは認証されないため、無線の範囲内にいる誰でも偽造できます。その結果、クライアントをネットワークから切断する認証解除攻撃が可能になります。PMFはWPA2では任意ですが、WPA3では必須です。WPA2ネットワークでPMFを有効にすると、evil twin攻撃やハンドシェイクキャプチャ攻撃の多くで前提となる手順を含め、認証解除を利用した攻撃の大半を防止できます。

WPS（Wi-Fi Protected Setup）は、8桁のPINまたはプッシュボタンを使って、WPA2ネットワークへのデバイス接続を簡単にするために設計されました。PIN方式には重大な欠陥があります。8桁のPINは実際には2つの独立した4桁PINであり、それぞれ個別に検証されるため、鍵空間は1億通りから11,000通りに減少します。ReaverやBullyなどのツールを使えば、数時間でWPS PINを総当たりできます。ロックアウト後も、ロックアウトタイマーをリセットするAPがあります。PIN方式のWPSは完全に無効化してください。プッシュボタン方式のWPSは攻撃可能な時間が短いものの、依然としてリスクがあります。

無線ネットワークに強力な暗号化を選択するには、適切なプロトコルと設定を選ぶ必要があります。強度の高い順に推奨される構成は、WPA3-Enterprise > WPA3-Personal > WPA2-Enterprise > WPA2-Personalです。WPA2/3-Personalでは、オフライン辞書攻撃に耐えられるよう、ランダムな20文字以上のパスフレーズを使用してください。TKIPは完全に避け、CCMP/AESのみを使用します。古いデバイスとの後方互換性のために弱い暗号方式へネゴシエーションされる可能性がある混在モードは許可せず、暗号スイートを明示的に設定してください。

Security+試験では、無線プロトコルを比較する能力が頻繁に問われます。主な違いは次のとおりです。WEPは、短く破綻したIVをRC4とともに使用するため、常に誤った選択です。WPA/TKIPは非推奨で、RC4も使用します。WPA2/CCMPはAESを使用し、現在受け入れ可能な最低限の標準規格です。WPA3/SAEは前方秘匿性を追加し、オフライン辞書攻撃を排除します。組織で使用する場合、Enterpriseモード（802.1X/RADIUS）はPersonal/PSKモードより常に安全です。これらの違いと、それぞれが導入された理由を覚えておきましょう。

多くのコンプライアンスフレームワークでは、特定の無線セキュリティ対策が義務付けられています。PCI-DSSでは、カード会員データの対象範囲に含まれる無線ネットワークに対し、AES暗号化を使用したWPA2以上が必要です。組織は、すべての無線アクセスポイントを四半期ごとにインベントリ化し、不正APの有無も検査する必要があります。HIPAAでは、PHIを含む無線データの暗号化が求められます。監査では、ネットワーク文書、暗号化標準、不正AP検知プログラム、定期的な無線脆弱性評価などが確認されます。PCI環境でWEPやWPA/TKIPからアップグレードしない場合、多額の罰則を受ける可能性があります。

このレッスンで扱ったCompTIA Security+（SY0-701）の概念について、理解度を確認しましょう。

このレッスンでは、次のことを学びました。WEPは完全に破綻しているため、短いIVとRC4の弱点により、決して使用してはいけません。WPA2/CCMPはAESを使用しますが、WPA2-Personalはキャプチャされた4ウェイハンドシェイクに対するオフライン辞書攻撃に対して脆弱です。WPA3/SAEは前方秘匿性を提供し、APとの能動的な通信を必要とすることでオフライン解読を防ぎます。次は、evil twinや認証解除技術など、具体的な無線攻撃について学びます。