Wi-Fi 보안 프로토콜: WEP, WPA2, WPA3

무선 네트워크는 공기를 통해 신호를 방송하므로, 유선 네트워크가 지키는 물리적 경계를 넘어갑니다. Wi-Fi 신호의 범위 안에 있는 누구나 건물에 물리적으로 접근하지 않고도 연결을 시도하거나 Traffic을 캡처할 수 있습니다. 따라서 무선 네트워크는 본질적으로 유선 네트워크보다 더 많이 노출됩니다. WEP, WPA, WPA2 및 WPA3 보안 Protocol은 이전 버전에서 발견된 약점을 해결하기 위해 점진적으로 개발되었습니다. 이러한 발전 과정을 이해하는 것은 Security+ 시험과 실제 무선 환경 감사에 매우 중요합니다.

WEP (Wired Equivalent Privacy)는 1997년에 도입된 최초의 802.11 보안 표준입니다. WEP는 RC4 스트림 cipher와 24비트 초기화 벡터(IV)를 사용했으며, 40비트(이후 104비트) Key를 사용했습니다. IV는 16 million개의 가능한 값만 있어 지나치게 짧았고, Traffic이 많은 네트워크에서는 IV가 빠르게 반복됩니다. 공격자는 반복되는 IV가 포함된 Frames를 충분히 수집한 뒤 통계 분석을 사용해 비밀 Key를 복구할 수 있었습니다. Aircrack-ng와 같은 도구는 50,000개 정도의 패킷만 캡처해도 몇 분 안에 WEP를 해독할 수 있습니다. WEP는 완전히 무너진 기술이므로 절대 사용해서는 안 됩니다.

WPA (Wi-Fi Protected Access)는 802.11i 표준이 완성되는 동안 긴급한 해결책으로 2003년에 출시되었습니다. WPA는 TKIP (Temporal Key Integrity Protocol)을 도입했습니다. TKIP은 Per-패킷 Key mixing 함수와 Sequence 카운터를 추가해 WEP의 IV 재사용 문제를 해결했습니다. 또한 패킷 변조를 감지하기 위해 Michael이라는 Message Integrity Check (MIC)도 추가했습니다. 그러나 TKIP은 여전히 RC4를 사용하므로 일부 약점을 물려받습니다. WPA는 펌웨어 업데이트를 통해 기존 WEP 하드웨어에서 실행되도록 설계되었으며, 현재는 더 이상 사용하지 않는 기술로 간주됩니다.

WPA2는 완전한 IEEE 802.11i 표준을 구현하며, 2004년에 WPA를 대체해 주류 Wi-Fi 보안 Protocol이 되었습니다. 가장 중요한 개선 사항은 CCMP (Counter Mode with CBC-MAC Protocol)로, RC4 대신 AES를 사용합니다. AES-CCMP는 128비트 Key를 사용해 암호화와 무결성 보호를 모두 제공합니다. WPA2에는 두 가지 모드가 있습니다. Personal (PSK)은 Shared Passphrase를 사용하므로 가정과 small 사무실에 적합하고, Enterprise (802.1X/RADIUS)는 기업 환경에서 사용자별 Certificate 또는 자격 증명을 사용합니다.

WPA2-PSK 보안은 Client가 연결할 때 이루어지는 4-way 핸드셰이크에 의존합니다. AP와 Client는 nonce를 교환하고 Pairwise Transient Key (PTK)를 계산해 Pre-Shared Key를 알고 있음을 서로 증명합니다. 이 핸드셰이크를 캡처한 공격자는 AP와 상호작용하지 않고도 수 million개의 암호를 테스트하는 오프라인 사전 attack을 시도할 수 있습니다. 새로운 PMKID attack(2018)은 첫 번째 EAPOL 메시지에서 단일 PMKID 프레임을 추출합니다. 이에 따라 전체 Client 인증을 캡처할 필요가 없어져 WPA2-PSK 해독에 수동 캡처가 필요하지 않게 됩니다.

WPA3는 WPA2의 약점을 해결하기 위해 2018년에 도입되었습니다. 가장 중요한 개선 사항은 PSK 4-way 핸드셰이크를 SAE (Simultaneous Authentication of Equals), 즉 Dragonfly로 대체한 것입니다. SAE는 forward secrecy를 제공합니다. 즉, 나중에 암호가 유출되더라도 캡처된 Traffic을 소급해 복호화할 수 없습니다. 또한 각 로그인 시도마다 AP와 상호작용해야 하므로 오프라인 사전 attack을 방지합니다. WPA3-Enterprise는 민감한 환경에 192비트 보안 suite를 의무화합니다. WPA3는 암호 없이도 개방형 네트워크를 암호화하는 Enhanced Open(OWE)도 도입합니다.

PMF (Protected Management Frames)는 802.11w에 정의되어 있으며, 인증 해제와 연결 해제 같은 관리 Frames에 무결성 보호를 제공합니다. PMF가 없으면 이러한 Frames는 인증되지 않으므로 무선 범위 안의 누구나 위조할 수 있습니다. 이로 인해 Client를 네트워크에서 내보내는 인증 해제 attack이 가능해집니다. PMF는 WPA2에서는 선택 사항이지만 WPA3에서는 mandatory입니다. WPA2 네트워크에서 PMF를 Enable하면 대부분의 deauth 기반 attack을 차단할 수 있으며, 여기에는 많은 evil-twin 및 핸드셰이크 캡처 attack에 필요한 사전 단계도 포함됩니다.

WPS (Wi-Fi Protected Setup)는 8자리 PIN 또는 푸시 버튼을 사용해 장치를 WPA2 네트워크에 쉽게 연결하도록 설계되었습니다. PIN 방식에는 심각한 결함이 있습니다. 8자리 PIN이 실제로는 서로 독립적인 4자리 PIN 두 개로 구성되고 각각 따로 검증되므로, Keyspace가 100 million개 조합에서 11,000개 조합으로 줄어듭니다. Reaver와 Bully 도구는 몇 시간 안에 WPS PIN을 무차별 대입할 수 있습니다. 차단한 후에도 일부 AP는 차단 타이머를 재설정합니다. PIN 기반 WPS는 완전히 Disable해야 합니다. 푸시 버튼 WPS는 attack 가능 시간이 더 짧지만 여전히 위험을 초래합니다.

무선 네트워크에 강력한 암호화를 선택하려면 적절한 Protocol과 구성을 선택해야 합니다. 가장 강력한 것부터 가장 약한 것까지의 Recommended 순서는 다음과 같습니다. WPA3-Enterprise > WPA3-Personal > WPA2-Enterprise > WPA2-Personal. WPA2/3-Personal에서는 오프라인 사전 attack에 견딜 수 있도록 무작위 문자 20자 이상의 Passphrase를 사용하십시오. TKIP은 완전히 Avoid하고 CCMP/AES만 사용하십시오. 이전 장치와의 backwards compatibility를 위해 더 약한 cipher로 협상할 수 있는 mixed mode를 허용하지 말고, cipher suite를 명시적으로 구성하십시오.

Security+ 시험에서는 무선 Protocol을 비교하는 능력을 자주 테스트합니다. 주요 차이점은 다음과 같습니다. WEP는 짧고 손상된 IV와 RC4를 사용하므로 항상 잘못된 선택입니다. WPA/TKIP은 더 이상 사용하지 않는 기술이며 RC4도 사용합니다. WPA2/CCMP는 AES를 사용하며 현재 허용되는 최소 표준입니다. WPA3/SAE는 forward secrecy를 추가하고 오프라인 사전 attack을 제거합니다. 조직에서는 Enterprise 모드(802.1X/RADIUS)가 Personal/PSK 모드보다 항상 더 안전합니다. 이러한 차이점과 각 기능이 도입된 이유를 암기하십시오.

많은 준수 체계는 특정 무선 보안 제어를 의무화합니다. PCI-DSS는 카드 소유자 데이터가 포함된 범위 내 모든 무선 네트워크에 AES 암호화와 WPA2 이상의 사용을 요구합니다. 조직은 또한 모든 무선 AP를 분기마다 목록화하고 Rogue AP를 테스트해야 합니다. HIPAA는 PHI가 포함된 무선 데이터의 암호화를 요구합니다. 감사자는 네트워크 문서, 암호화 표준, Rogue AP 감지 프로그램 및 정기적인 무선 취약점 평가를 확인합니다. PCI 환경에서 WEP 또는 WPA/TKIP을 업그레이드하지 않으면 상당한 처벌을 받을 수 있습니다.

이 lesson에서 다룬 CompTIA Security+ (SY0-701) 개념을 얼마나 이해했는지 테스트해 보십시오.

이 lesson에서는 다음을 배웠습니다. WEP는 완전히 무너졌습니다. 짧은 IV와 RC4의 약점 때문이며 절대 사용해서는 안 됩니다. WPA2/CCMP는 AES를 사용합니다. 그러나 WPA2-Personal은 캡처된 4-way 핸드셰이크를 대상으로 하는 오프라인 사전 attack에 취약합니다. WPA3/SAE는 forward secrecy를 제공하고 AP와의 능동적인 상호작용을 요구해 오프라인 해독을 방지합니다. 다음에는 evil twin과 인증 해제 기법을 포함한 구체적인 무선 attack을 살펴봅니다.