作者：任凱 藍牙（Bluetooth?）核心規格中有三大主要架構層：控制器、主機和應用。主機層中有一個為配對和密鑰分配定義方法和協議的安全管理器模塊、相應的安全工具箱、以及定義配對指令框架形式、框架架構和超時限制的安全管理器協議。安全管理器采用密鑰分配的方式執行無線電通訊中的身份和加密功能。 配對以建立密鑰，然后就能用密鑰來加密鏈路。然后執行傳輸特定的（transport specific）密鑰分配來分享密鑰。密鑰可用來加密日后的重新連接、驗證簽名數據、或執行隨機地址解析。總的來說配對有三個階段： 第一階段：配對特性交換 第二階段（低功耗傳統配對）：生成短期密鑰（Short Term Key，簡稱STK） （低功耗安全連結）：生成長期密鑰（Long Term Key，簡稱LTK） 第三階段：傳輸特定的密鑰分配 大多數讀者可能未必了解低功耗傳統配對和低功耗安全連接。低功耗（Low Energy，簡稱LE）是藍牙規格中藍牙4.0及以上版本的主要特性之一。藍牙4.2規格為低功耗物理傳輸添加了安全連接特性，升級了配對功能，在藍牙低功耗物理傳輸中采用美國聯邦信息處理（FIPS）許可的算法（AES-CMAC和P-256 橢圓曲線）。為了區別安全連接與藍牙4.0和4.1規格中定義的低功耗配對，我們將后者成為低功耗傳統配對。圖1是傳統配對和安全連接都適用的配對流程圖。 圖1：配對流程圖 在這一篇中，我們主要討論第一階段，即配對特性交換。配對就是安全特性的交換，包括輸入/輸出（IO）功能、對于中間人保護的要求等。兩臺設備間配對信息的交換是通過配對請求（PairingRequest）和配對響應（PairingResponse）數據包實現的。這兩種信息的內容請參考表1：配對請求/響應。 表1 配對請求/響應 “代碼” 描述 0x01 配對請求 0x02 配對相應 IO 功能 IO 即為輸入/輸出，IO功能結合在一起可生成這一字段的值。 對于輸入功能來說，可能為“無輸入”、“是/否”或“鍵盤”，詳情如下： 對于輸出功能來說，可能為“無輸出”或“數字輸出”，詳情如下： 將輸入輸出功能結合在一起之后，就有了以下矩陣，定義了藍牙設備應有的IO功能。 沒有配對算法可以使用“是/否”的輸入和“無輸出”，因此其IO功能結果為“NoInputNoOutput”。 從以上矩陣中能大致了解相應的IO功能，并從下表中選擇合適的值，置入配對請求/響應數據包。 OOBDF（OOBData Flag） OOB即 Out-of-Band的縮寫，意為“帶外”，采用外部通信方法交換一些配對過程中使用的信息。OOB媒體可能是任何一種能夠傳輸相應信息的其他無線通信標準，如NFC或二維碼。 BF（Bonding Flags） 綁定（Bonding）是配對發生之后的長期密鑰交換，并將這些密鑰儲存起來以供日后使用——即在設備間創建永久的安全連結。配對機制是綁定的前提。 “MITM” MITM是“Man-In-The-Middle（中間人）”。這一字段是1比特位的標識，如果設備需要MITM保護，則設置為1。本文主要著重于配對特性交換，如果您對MITM感興趣，請參考藍牙核心規范4.2版本第一卷中A部分的5.2.3。 “SC” SC 字段是1比特位的標識，設置為1，以請求低功耗安全連接配對。可能的配對機制結果是：如果兩臺設備均支持低功耗安全連接，則采用低功耗安全連接；否則采用低功耗傳統連接。因此這一標識是決定第二階段配對方法的一項指標。 “KC” 按鍵字段是1比特位的標識，只用于萬能鑰匙進入協議，在其他協議中可忽略。萬能鑰匙進入是傳統配對和安全連接的典型配對方法。這部分在下一篇博文中會進行討論。 “最大加密密鑰規模”