基于可见光的安全WIFI认证系统研究与实现

摘要

随着互联网技术的飞速发展以及国家对公共基础设施建设的大力支持，目前全国大部分地区已经实现了WiFi全面覆盖。然而WiFi网络的开放性使其极易遭受各种类型的攻击，比如嗅探攻击，恶意接入点攻击等等。最典型的场景是密钥分享，攻击者在室外接收到室内的WiFi信号，凭借着窃取来的密钥，他仍然可以获得接入WiFi的权限。究其根本，原因在于身份验证的范围远远大于实际合法用户的范围，从而给了非法攻击者与合法用户等同的机会接入WiFi进行身份认证。无论是小型私人WiFi还是大型公共WiFi，其合法用户的范围都与WiFi接入点的地理位置紧密相关，即通常合法用户所处的位置应该与WiFi接入点所覆盖的范围重合。如果可以将室内用户与室外用户区分开来，只对室内用户进行身份验证，即可避免大部分恶意攻击的发生。查阅相关文献资料，发现可见光（Visible Light）的特征频率可以作为一个良好的用于指示用户所处位置属于室内还是室外的指标。基于这一发现，提出了一个新型的基于可见光的室内WiFi认证系统–VL-Auth，用于区分室内的合法用户与室外的非法用户。本文以可见光特征频率为媒介，将用户地理位置信息附加在用户的网络请求中，路由捕获网络请求后提取其中的RSSI值与特征频率，与服务器端进行用户身份认证。 本文在不影响用户接入体验和不修改现有WiFi认证过程的基础上，将可见光特征频率加入到用户认证的过程中，通过室内可见光特征频率的唯一性，标识用户地理位置以区分用户合法性，消除认证过程中对不安全因素—密钥的依赖，同时避免用户将隐私信息暴露在公开的网络环境中，降低了接入WiFi的时延，有效提高用户体验。将VL-Auth安装在现有的路由设备上，实验的结果表明其对合法/非法用户的认证成功率极高，并且连接时延降低了大约30%。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 国内外研究历史与现状

1.3 本文的研究内容和目标

1.4 本文的主要贡献与创新

1.5 本论文的结构安排

第二章 理论基础及相关工作

2.1 可见光及其通信技术发展

2.2 可见光通信相关工作

2.2.1 高速可见光通信

2.2.2 低速可见光通信

2.3 WiFi及其认证技术发展

2.4 WiFi身份认证相关工作

2.5 本章小结

第三章 基于可见光的安全WiFi认证系统需求分析

3.1 系统问题定义

3.2 系统功能需求分析

3.2.1 VL-Auth图像采集功能需求分析

3.2.2 VL-Auth特征频率提取功能需求分析

3.2.3 VL-Auth WiFi认证功能需求分析

1. 内存优化

3. 设计模式需求

3.4 本章小结

第四章 基于可见光的安全WiFi认证系统设计与实现

4.1 系统整体设计

4.1.1 基于可见光的安全WiFi认证系统架构

4.1.2 图像获取模块

4.1.3 特征频率提取模块

4.1.4 WiFi认证模块

4.2 图像采集模块实现

4.2.1 AVFoundation框架介绍

4.2.2 Rolling Shutter Effect

4.2.3 智能设备参数设置

4.3 频率提取模块实现

4.3.1 奈奎斯特采样定理

4.3.2 特征频率提取过程

4.4 WiFi认证模块

4.4.1 EAPoL协议

4.4.2 Web Portal捕获重定向

4.4.3 基于RSSI的自适应bloomfilter认证系统

4.5 本章小节

第五章 系统测试与结果分析

5.1 测试环境

5.1.1 硬件环境

5.1.2 软件系统配置

5.1.3 测试数据集

5.2 系统功能测试

5.2.1 图像获取

5.2.2 特征频率提取

5.3 系统性能测试

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果