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10/2003
Andreas Ißleiber
S
Security Workshop der GWDG6.10.2003 – 8.10.2003
WLAN
WLAN
Andreas Ißleiberaisslei@gwdg.de
Sicherheit in FunkLANsSicherheit in FunkLANs& und lokalen Netzen& und lokalen NetzenSicherheit in FunkLANsSicherheit in FunkLANs& und lokalen Netzen& und lokalen Netzen
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Göttinger FunkLAN „GoeMobile“ im Überblick
Zahlen und Statistiken
Erste Inbetriebnahme (Testbetrieb) 11/2000
Ca. 1200 reale Benutzer, 25.000 mögliche! Benutzer
Benutzergruppen des GoeMobile Anteil [%]- Universitätsangehörige 32%- Studierende 61%- Max-Planck-Institute 4%- lokale Forschungseinrichtungen (DPZ, IWF) 2%- Gäste bei Tagungen über „Kurzzeitaccounts“ 1%
Gleichzeitig im FunkLAN angemeldete Benutzer: 180, Stand 2/2003
Sicherheit in FunkLANs & lokalen Netzen
10/2003
Andreas Ißleiber
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Beispiel: Göttinger FunkLAN „GoeMobile“ im Überblick Eingesetzte Geräte
AccessPoints von Lucent/Orinoco (mittlerweile AGERE)
Seit 11/2002 sind zusätzlich moderne CISCO AP´s im Einsatz (z.Zt. 10 Systeme)- Vorteile: 802.1x, automatische Leistungsanpassung, EAP/TLS
Z.Zt. sind ca. 82 AP´s in Betrieb (Ziel mind. 100)
Antennen
Durch den Einsatz leistungsfähiger Sektorantennen (12 dbi 120°) wird eine gute Abdeckung am Einsatzort, aber auch in größerer Entfernung bis hin zu 3 km bei freier Sicht, erreicht.
Einige Aktivantennen im Einsatz: Erreichen hohe Empfindlichkeit.
Funkkarten
Die GWDG hat z.Zt. 180 Funkkarten an Interessierte ausgeliehen
Anreiz schaffen zum Eigenerwerb von Funk-Karten
Ein „Funk-Laden“ hat in Göttingen eröffnet, der die Benutzer lokal mit Geräten versorgt
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Andreas Ißleiber
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FunkBox der GWDG
WetterbeständigAnschluss von bis zu 4 AntennenIntegrierter 4 Port SwitchLWL-KonverterBlitzschutz
Sicherheit in FunkLANs & lokalen Netzen
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Die Gefahren:
• Diebstahl der Hardware (Passwörter und ggf. Schlüssel werden mit der Hardware entwendet)
• Fremde „Accesspoints“ inmitten eines Netzes fangen „legale“ Benutzer ab
• FunkLAN hinter einer Firewall betrieben, öffnet das Netz
• Funk-Reichweite der Accesspoints wird unterschätzt
• Wardriver: Laptops mit freier Software „Netstumbler“ und „Airsnort“ in Kombination mit GPS Empfängern spüren WLANs aufWardriving ForumWardriverWardriver (heise)
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Verfahren zur Absicherung: Wired Equivalent Privacy (WEP, WEP2)
Allgemeines• Bestandteil des Standards 802.11b• Benutzt den RC4 Algorithmus von RSA Security Inc.• Schlüsselstärken 40-Bit oder 104-Bit• 24-Bit Initialisierungsvektor
Nachteile von WEP• Manuelle Schlüsselverwaltung• Keine Benutzerauthentifizierung• 40-Bit Schlüssel gelten als nicht sicher• RC4-Algorithmus hat Designschwächen• Key kann kompromittiert werden, beim „Mithören“ eines
ausreichenden Datenvolumina• Wird „Hardware“ (AP) gestohlen, ist auch der WEB Key in Gefahr
Vorteile von WEP• In jedem 802.11b Gerät verfügbar• Hardwareunterstützt• Softwareunabhängig
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IEEE 802.11i• Ziel: Die aktuelle 802.11 MAC zu verbessern um mehr
Sicherheit zu gewährleisten• WEP2 mit stärkerer Verschlüsselung• Benutzerauthentifikation
Fazit• WEP ist besser als keine Verschlüsselung• WEP ist anfällig gegen Kryptoanalyse und gilt als
nicht sicher1)
• WEP ist nicht zukunftssicher
1) http://www.isaac.cs.berkeley.edu/isaac/wep-faq.html
Sicherheit in FunkLANs & lokalen Netzen
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Verfahren zur Absicherung: Wired Equivalent Privacy (WEP)
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Verfahren zur Absicherung: MS Point-to-Point Tunneling Protocol (MS-PPTP) Allgemeines
• Microsoftspezifische Implementierung des PPTP• Ermöglicht das Tunneln von Point-to-Point Protocol (PPP)
Verbindungen über TCP/IP über eine VPN-Verbindung• Drei Versionen: PAP, MS-CHAPv1 und MS-CHAPv2
Verschlüsselung• Microsoft Point to Point Encryption (MPPE)• Benutzt den RC4 Algorithmus von RSA Security Inc.• 40-Bit oder 104-Bit Schlüssellängen
Benutzerauthentifikation• Benutzerauthentifikation notwendig• Password Authentification Protocol (PAP)• Challenge Handshake Protocol (CHAP)
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Vorteil von MS-PPTP• Auf allen gängigen MS-Betriebssystemen verfügbar• Bietet Verschlüsselung und Benutzerauthentifizierung
Fazit• MS-PPTP ist besser als keine Verschlüsselung• MS-PPTP ist anfällig gegen Kryptoanalyse und gilt als
nicht sicher1)
• MS-PPTP ist nicht zukunftssicher
Nachteile von MS-PPTP• 40-Bit Schlüssel gelten als nicht sicher• MS-CHAPv1 hat schwere Sicherheitslücken• Protokoll hat Designschwächen
1) http://www.counterpane.com/pptp.html
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Verfahren zur Absicherung: MS Point-to-Point Tunneling Protocol (MS-PPTP)
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Verfahren zur Absicherung: Internet Protocol Security (IPSec) Allgemeines
• Erweiterung der TCP/IP Protokollsuite• Paket von Protokollen für Authentifizierung, Datenintegrität,
Zugriffskontrolle und Vertraulichkeit• Integraler Bestandteil von IPv6 (IPnG)
Transportmodus• nur Datenteil wird verschlüsselt (IP-Kopf bleibt erhalten)• Vorteil: geringer Overhead gegenüber IPv4• Nachteil: Jeder Teilnehmer muss IPSec beherrschen
Tunnelmodus• Komplettes IP-Paket wird verschlüsselt• Tunnel zwischen zwei Netzen möglich• Vorteil: Nur Tunnelenden müssen IPSec beherrschen• Nachteil: Nur Verschlüsselung zwischen den Tunnelenden
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Authentication Header (AH)• Sichert die Integrität und Authentizität der Daten und des IP-
Kopfes mittels Hashalgorithmen (keine Vertraulichkeit)
Authentication Header im Transportmodus
Authentication Header im Tunnelmodus
Encapsulating Security Payload (ESP)• Schützt die Vertraulichkeit, die Integrität und Authentizität
von Datagrammen
Encapsulating Security Payload im Transportmodus
Encapsulating Security Payload im Tunnelmodus
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Verfahren zur Absicherung: Internet Protocol Security (IPSec)
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Vorteile von IPSec• Standard auf vielen Plattformen verfügbar• Keine festgelegten Algorithmen• Keine bekannten Designschwächen
Fazit• IPSec ist besser als keine Verschlüsselung• IPSec unterstützt als sicher geltende Algorithmen (z.B.
Blowfish, IDEA, MD5, SHA)• IPSec gilt als zukunftssicher • IPSec ist i.d.R eine gute Wahl
Nachteile von IPSec• Keine Benutzerauthentifikation• Clients müssen korrekt konfiguriert werden
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Verfahren zur Absicherung: Internet Protocol Security (IPSec)
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Verfahren zur Absicherung:Service Set Identifier (SSID) Allgemeines
• Identifier für Netzwerksegment (Netzwerkname)• Muss für den Zugriff bekannt sein• Vergleichbar mit einem Passwort für das Netzwerksegment• Wird auch als „closed user group“ bezeichnet
Nachteile• Muss jedem Teilnehmer bekannt sein• Nur ein SSID pro AP• Lässt sich in großen Netzen nicht wirklich geheim halten
(offenes Geheimnis)
Vorteile• Softwareunabhängig• Schnell und einfach einzurichten
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Verfahren zur Absicherung:Media Access Control (MAC) Address Filtering Allgemeines
• Filtern der MAC-Adressen der zugreifenden Clients • MAC-Adresslisten entweder lokal in den APs oder zentral
auf einem RADIUS-ServerLokal= hoher Verwaltungsaufwand, alle AP´s benötigen die gleichen MAC-ListenZentral=einfache, zentrale Datenbasis, einfaches Management (MAC-Datanbank auf RADIUS-Server)
Nachteile• Jede berechtigte Netzwerkkarte muss erfasst werden• MAC-Adressen lassen sich leicht fälschen
Vorteile• Software- & Clientunabhängig• Keine Aktion des Benutzers notwendig
Sicherheit in FunkLANs & lokalen Netzen
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Überblick über diverse Sicherheitsmechanismen
WEP, WEP+
MAC-Adressen Authentifikation
SSID
VPN mit:- PPTP- MS-PPTP
- IPSec
EAP-TLS & TTLS (802.1x)(Extensible Authentication Protocol - Transport Layer Security)
PEAP (Protected EAP)
LEAP (Lightweight EAP)
3/2003, Andreas Ißleiber
Moderne Sicherheitsmechanismenals Alternativen zum VPNModerne Sicherheitsmechanismenals Alternativen zum VPN
Klassische SicherheitsmechanismenKlassische Sicherheitsmechanismen
Sicherheit in FunkLANs & lokalen Netzen
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Moderne Sicherheitsmechanismen (WLAN und lokale Netze)
EAP-TLS & 802.1X: (Extensible Authentication Protocol - Transport Layer Security)
3/2003, Andreas Ißleiber
- 802.1x -> Authentifizierung auf Portebene (nicht nur für FunkLANs)
- 802.1x bietet allein keine Verschlüsselung (erst Kombination mit „EAP“-TLS)
- Switchport „blockiert“ bis zur vollständigen Authentifizierung (Zutrittsregelung bereits am „Eingang“ des Netzwerkes)
- Layer 2 Verfahren -> Protokollunabhängig (Übertragung von AP,IPX/SPX,NetBEUI etc.)
- EAP-TLS & 802.1x oft als Kombination eingesetzt
- nutzt RADIUS als zentrale Authentifizierungsdatenbank (RADIUS kann ggf. auf ADS,YP,NT-Domains etc. zurückgreifen)
- Client Authentifizierung erfolgt auf „Link Layer“. IP-Adressen sind zu diesem Zeitpunkt nicht erforderlich (wird z.B. erst bei erfolgreicher Auth. durch DHCP vergeben)
Sicherheit in FunkLANs & lokalen Netzen
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Andreas Ißleiber
802.1x Standard: http://standards.ieee.org/getieee802/802.1.html
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Moderne Sicherheitsmechanismen (WLAN und lokale Netze)
802.1X Prinzip
3/2003, Andreas Ißleiber
Sicherheit in FunkLANs & lokalen Netzen
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Andreas Ißleiber
RADIUS-ServerW2K (ADS)
YP/NIS
NT4 Domain
802.1x fähigerL2 Switch
Supplicant oder Bittsteller
Authenticator
Authentication Server Proxy-Server
Client fragt nicht direkt den RADIUS Server Bei existierendem „nicht 802.1x fähigem RADIUS Server -> „Proxy Server“
Netz
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EAP-MD-5
3/2003, Andreas Ißleiber
Basiert auf Username/Passwort Kombination
Username Anfrage und Antwort im Klartext
Authentifizierung nur des Clients gegen den Server (nicht umgekehrt), daher anfällig gegen „ Man-in-the-middle“ Attacken
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Verschiedene EAP (802.1x) Methoden
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EAP-TLS
3/2003, Andreas Ißleiber
Entwickelt (wesentlich) durch Microsoft
Zertifikatsbasierte, gegenseitige Authentifizierung
Generierung von benutzerbasierten dynamische WEP-Schlüssel
Erneuerung der Schlüssel in definierten Zeitabständen
Verfügbarkeit in diversen Windows Systemen
Zweiwege Authentifizierung
PKI Struktur erforderlich
Bindung bei MS an MS Zertifikate
Nachteil: Zertifikate werden im Klartext verschickt, danach erst die Verschlüsselung ausgehandelt -> Der Benutzername ist dadurch sichtbar
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Verschiedene EAP (802.1x) Methoden
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EAP-TTLS (Tunneled Transport Layer Security Protocol)
3/2003, Andreas Ißleiber
Entscheidene Erweiterung zum TLS durch Tunnel
Tunnel wird, basierend auf Server-Zertifikat, vor der eigentlichen Authentifizierung aufgebaut
Über TLS Tunnel kann sich der Benutzer mit Username/Passwort anmelden (PAP,CHAP,MS-CHAP,EAP)
Kein Benutzerzertifikat erforderlich
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Verschiedene EAP (802.1x) Methoden
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PEAP (Protected EAP)
3/2003, Andreas Ißleiber
+ PEAP wurde von Microsoft, Cisco und RSA Security entwickelt
+ In einigen MS-Betriebssystemem enthalten
+ Kann als „Container“ für diverse Verschlüsselungsprotokolle dienen
+ Ähnlich EAP-TTLS (nur Anmeldeserver benötigt Zertifikat)
LEAP (Lightweight EAP)
+/- LEAP wurde von Cisco entwickelt
+ In Verbindung mit CISCO-APs und AAA von CISCO sinnvolles Verfahren
- Starke Abhängigkeit zum Hersteller
- Mittlerweile unsicher (http://heise.de/newsticker/data/ps-03.10.03-004/)
Sicherheit in FunkLANs & lokalen Netzen
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Andreas Ißleiber
Verschiedene EAP (802.1x) Methoden
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EAP-TLS(TTLS) & 802.1X (Vor- und Nachteile)
3/2003, Andreas Ißleiber
+ Basiert auf existierendem 802.1x (portbasierte Authentifizierung)
+ Vielversprechender Ansatz, da anbieterunabhängig
+ 802.1x bietet Rahmenwerk für diverse Verschlüsselungen
- Integration in bestehende Umgebungen etwas komplex
+/- WLAN Systeme und Authentifizierungssysteme (RADIUS-Server) müssen EAP/-TLS fähig sein
- Ältere Betriebssysteme beherrschen kein EAP-TLS (Windows XP und W2K zum Teil schon)
+ Wird in Kürze von der GWDG als Alternative parallel! zum VPN eingesetzt
+ Hohe Performance gegenüber IPSec (dyn. WEP-Verschlüsselung)
+ Multicastfähig
Sicherheit in FunkLANs & lokalen Netzen
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Moderne Sicherheitsmechanismen (WLAN und lokale Netze)
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3/2003, Andreas Ißleiber
+ Durch extra „tagging“ Feld getrennt von anderen Netzwerkverkehr
+ Layer 2 Technik, daher Multiprotokollfähig
+ Auf modernen Switches nahezu überall verfügbar
- Komplexe Struktur
- Aufwendige und arbeitsintensive Integration
- VLANs allein bilden KEIN! ausreichendes Sicherheitsmodell (Kombination mit Packetfilter, Firewall erforderlich)
Sicherheit in FunkLANs & lokalen Netzen
10/2003
Andreas Ißleiber
Moderne Sicherheitsmechanismen (WLAN und lokale Netze)
VLAN: (Virtual LAN)
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Bausteine des Sicherheitsmodells in Göttingen VLAN-Struktur
• Quasi-physikalische Trennung des Funknetzes von anderen Netzen (Nachteil: ggf. hoher Managementaufwand)
MAC-Address Filtering auf den APs• Die MAC-Adressen der Clients werden von den APs durch
einen zentralen RADIUS-Servers geprüft Einsatz VPN-Gateways
• Nur IPSec-Verbindungen werden akzeptiert• Benutzerauthentifizierung gegen einen RADIUS-Server• Accounting über einen RADIUS-Server -> Datenbank
Zentrale Benutzerverwaltung• Verwendung der regulären, vorhandenen Benutzer-accounts
für die Authentifizierung über den RADIUS-Server• Webinterface ermöglicht den Benutzern ihre Benutzerprofile
selbst zu verwalten• Speicherung der Benutzerprofile in zentraler Datenbank
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FunkLAN Client sicher machen Absicherung der Funk Clients
• Selbst der Einsatz von VPN enlastet nicht davor, den lokalen Rechner „sicher“ zu machen
Trennen der LAN-Manager Dienste (Bindungen)• Um den Zugriff im internen VLAN (vor der Authentifizierung)
Fremder zu vereiden, ist die Trennung von LM zum FunkInterface sinnvoll
Personal Firewall auf Client• Zur Absicherung des Clients ist ggf.eine Personal Firewall
sinnvoll (Achtung: für IPSec FW öffnen).
Laufwerksfreigaben im FunkLAN vermeiden• Freigaben von Ressourcen des Clients erlauben den Zugriff
Fremder auf den eigenen Client
Sicherheit in FunkLANs & lokalen Netzen
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Bausteine des Sicherheitsmodells
Ja
Nein
Ja
MAC-Adresseist eingetragen ?
AccessPoint prüft MAC-Adresse des Clients durch
RADIUS-Server
Zugriff verweigert
Client wird eingeschaltet
Einwahl über IPSec zum Gateway
Gateway prüft über RADIUS-Server Name/Password
Name/Passwort ist O.K ?
Zugang zum Internet möglich
MAC-Adresse ausListe der non-VPN Clients
?
Ja
Nein
Nein
Benutzer bekommt per DHCP eine
Interne IP-Adresse
Benutzer bekommt per DHCP eine feste
Interne IP-Adresse
Für Clients, die nicht VPN fähig
sind(PDA,etc.)
Zugang ausschließlich
für eingetragene MAC-Adressen
Spezielle Liste v. IP Adressen für non-VPN-fähige
Clients
RADIUS besitzt Liste mit NT-LM-
Hashcodes
Zugang durch PPTP Tunnel und NAT über das Gateway
1) Benutzer startet seinen Rechner. Dadurch baut er eine Verbindung zum nächstgelegenen Accesspoint auf.
2) Durch einen RADIUS-Server wird die MAC-Adresse der Funkkarte geprüft.
3) Ist die MAC-Adresse gültig und nicht in der Liste der non-VPN-fähigen Geräte einge-tragen, so bekommt der Client per DHCP eine (private network) IP-Adresse
4) Ist die MAC-Adresse in der Liste der Geräteauf dem RADIUS-Server eingetragen, dienicht VPN-fähig sind,so wird diesem eine Adresse aus einem speziellen Adresspool zugeordnet, mit dieser nur eingeschränkte Dienste möglich sind (VoIP Telefon).
5) Zu diesem Zeitpunkt kann der Benutzer lediglich im "internen" Netz agieren
6) Eine VPN Verbindung (PPTP/IPSec) vom Client zum Gateway wird nach Prüfung von Username/Password geschaltet.
7) Stimmt Benutzername und Passwort, so gelangt der Benutzer über den Tunnel ins Internet.
Bausteine des Sicherheitsmodells
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Beteiligte Systeme im GoeMobile
VPN-Gateway• Cisco VPN 3060• Hardwareunterstützte IPSec-Verschlüsselung• Unterstützung für Hochgeschwindigkeitsnetze• Benutzerauthentifikation gegen RADIUS-Server
Wave02 (Web- und Datenbankserver)• Pentium III (1000 MHz, 512Mb RAM), SuSE Linux 7.2• Webinterface und Datenbank für Benutzerprofile• Failover für wave03
2 redundante RADIUS-Server• Pentium III (500 MHz, 256Mb RAM), SuSE Linux 7.2• Benutzerautentifikation gegen NIS-Server
Wave03• Pentium III (1000 MHz, 512Mb RAM), SuSE Linux 7.2• DHCP, DNS, Gateway für Nicht-IPSec-Clients
Sicherheit in FunkLANs & lokalen Netzen
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Übersicht FunkLAN „GoeMobile“
RouterInternet
Router/NAT
Richtfu
nkstr
ecke
IPSec
VPN-Gateway
wave02
wave03
IPSec
Ethernet VLAN
Funkverbindung
radius1, radius2MAC- undBenutzer-AutentifikationLogging
Webinterfaceund Datenbank
DHCP, DNSnon-IPSec-Gateway
Sicherheit in FunkLANs & lokalen Netzen
10/2003
Andreas Ißleiber
S
Fazit …
o Die allumfassende und einfache Sicherheitslösung für FunkLANs gibt es (noch) nicht
o Ziel sind Authentifizierung über Layer 2 Verfahren
o Gutes Verfahren: Zertifikate zur Authentifizierung in Kombination mit Benutzername/Passwort
o IPSec immer noch die sichere Lösung
o Offen bleiben hinsichtlich EAP-TLS (TTLS) & 802.1x
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Weiterführende Links und Quellen ...
Sicherheit in drahtlosen Netzenhttp://www.networkworld.de/artikel/index.cfm?id=65705&pageid=400&pageart=detail
Benutzer-Authentifizierung durch IEEE 802.1xhttp://www.networkworld.de/artikel/index.cfm?id=68657&pageid=0&pageart=detail
WLAN Standardshttp://wiss.informatik.uni-rostock.de/standards/http://www.bachert.de/info/wireless.htm
Sicherheit in FunkLANs & lokalen Netzen
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Sicherheit in FunkLANs & lokalen Netzen
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Andreas Ißleiber
… Fragen… FragenVielen Dank!Vielen Dank!
und Diskussionen!und Diskussionen!Vortrag ist unter: …http://www.gwdg.de/forschung/veranstaltungen/workshops/security_ws_2003/vortraege… zu finden
??
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