蓝牙的配对和连接的建立过程

本文深入探讨了蓝牙连接过程的复杂性,包括配对、认证、连接建立等多个步骤,并解释了为什么配对是建立安全连接的关键。文章还详细描述了蓝牙连接过程,从主设备寻呼从设备开始,到通过L2CAP连接、RFComm连接最终实现应用连接的全过程。

蓝牙的建立过程是一个复杂的过程,即使有过相当一段工作和使用经验的人,如果不仔细去了解还是理解不全。

平时我们用蓝牙耳机听音乐,和不同的设备共享文件,打电话等,都有一个配对--连接--传输数据的过程。

配对,其实就是一个认证的过程。


为什么不配对便无法建立连接?

任何无线通信技术都存在被监听和破解的可能,蓝牙SIG为了保证蓝牙通信的安全性,采用认证的方式进行数据交互。同时为了保证使用的方便性,以配对的形式完成两个蓝牙设备之间的首次通讯认证,经配对之后,随后的通讯连接就不必每次都要做确认。所以认证码的产生是从配对开始的,经过配对,设备之间以PIN码建立约定的link key用于产生初始认证码,以用于以后建立的连接。

所以不配对,两个设备之间便无法建立认证关系,无法进行连接及其之后的操作,所以配对在一定程度上保证了蓝牙通信的安全,当然这个安全保证机制是比较容易被破解的,因为现在很多个人设备没有人机接口,所以PIN码都是固定的而且大都设置为通用的0000或者1234之类的,所以很容易被猜到并进而建立配对和连接。

蓝牙的连接过程


现在的蓝牙芯片供应商提供的技术支持能力相当强大,有完整的硬件和软件解决方案。对于应用而言,提供了固件用于实现底层协议栈,提供了profile库及源代码规范了各种应用,开发人员只要专注于应用程序开发就可以了。对于蓝牙底层的一些东西往往不甚了了。以前我也是这样子的,最近在做一个自动搜索以实现自动连接的应用,发现还是需要了解一些底层的机制的。
我们可以很容易的进行操作在一个手机和免提设备之间建立连接,那么这个连接是怎么建立起来的呢?
首先,主设备(master,即发起连接的设备)会寻呼(page)从设备(slave,接收连接的设备),master会已跳频的方式去寻呼slave,slave会固定间隔地去扫描(scan)外部寻呼,即page scan,当scan 到外部page时便会响应response该page,这样两个设备之间便会建立link的连接,即ACL链路的连接。当ACL 链路连接建立后,主设备会发起channel的连接请求,即L2CAP的连接,建立L2CAP的连接之后,主设备采用SDP去查询从设备的免提服务,从中得到rfcomm的通道号,然后主设备会发起rfcomm的连接请求建立rfcomm的连接。然后就建立了应用的连接。
即link establish->channel establish->rfcomm establish->connection



<think>好的,用户想了解蓝牙配对连接的工作原理及步骤。我需要先回顾一下之前提供的引用内容,看看有哪些信息可以用上。 首先,引用[3]提到配对过程包括配对码验证,然后建立连接。引用[4]详细分析了经典蓝牙连接过程,包括寻呼、寻呼扫描等步骤。引用[5]则讨论了BLE配对绑定流程,特别是Nordic芯片的实现,提到了配对绑定的区别,以及不同的配对方法,比如Just Works、Passkey Entry等。 用户的问题可能同时涉及经典蓝牙BLE,需要区分这两者的不同流程。经典蓝牙(BR/EDR)低功耗蓝牙BLE)在配对连接步骤上有所不同,所以应该分开说明。 第一步,配对连接的基本概念。需要明确配对是交换信息建立安全连接,而连接建立通信链路。引用[5]提到配对生成加密密钥,绑定保存信息,这点很重要。 接下来是步骤分解。对于经典蓝牙,引用[4]提到有寻呼、寻呼扫描、主从设备角色等。可能需要整理出经典蓝牙连接配对流程:设备发现、配对请求、配对方法选择、密钥交换、连接建立。例如,配对码验证后使用BluetoothSocket连接,如引用[3]中的代码示例。 然后是BLE的流程,引用[5]详细说明了配对请求、方法选择、密钥生成(STK、LTK)、绑定保存。需要提到SSP(Secure Simple Pairing)的不同方法,如Just Works、Passkey Entry等,这些在引用[3][5]都有涉及。 安全机制方面,临时密钥长期密钥的区别,加密连接过程需要解释,引用[5]中的STKLTK是关键点。同时,绑定保存信息到非易失性存储器,方便下次连接,这也是区别配对绑定的重点。 优化连接时间的部分,引用[4]提到如何缩短连接时间,比如调整寻呼间隔,预共享地址等,这些可以作为优化策略。 最后,生成相关问题需要考虑用户可能的后续疑问,比如经典与BLE区别、安全机制、优化方法、自动配对实现等,引用[2]提到的自动配对方法可以作为一个问题。 需要确保回答结构清晰,分点说明,引用正确的来源。同时注意使用中文,数学公式用$...$,独立公式用$$...$$,但当前问题可能不涉及太多公式,所以可能不需要。检查是否有遗漏的步骤或概念,确保覆盖配对连接的全过程,区分经典BLE的不同。</think>### 蓝牙配对连接的工作原理及步骤 #### 一、基本概念 1. **配对(Pairing)**:两个蓝牙设备交换安全信息并建立信任关系的过程,核心是生成加密密钥以保护通信[^3][^5]。 2. **连接(Connection)**:物理链路建立后,设备通过协议栈进行数据传输。配对完成后才可建立安全连接[^4][^5]。 #### 二、经典蓝牙(BR/EDR)的配对连接流程 1. **设备发现与寻呼** - **寻呼(Page)**:主设备(如手机)通过跳频广播寻呼消息,寻找从设备(如耳机)[^4]。 - **寻呼扫描(Page Scan)**:从设备周期性监听寻呼请求,响应后进入连接状态[^4]。 2. **配对过程** - **配对请求**:主设备发送配对请求,触发配对流程[^3]。 - **配对码验证**:用户需输入或确认配对码(如“0000”),验证双方身份。 - **密钥生成**:基于配对码生成链路密钥(Link Key),用于后续通信加密[^4]。 3. **连接建立** - 通过`BluetoothSocket`创建RFCOMM通道,建立数据传输链路[^3]。 - 示例代码片段: ```java BluetoothSocket socket = device.createRfcommSocketToServiceRecord(MY_UUID); socket.connect(); ``` #### 三、低功耗蓝牙BLE)的配对与绑定流程 1. **配对初始化** - **配对请求**:从设备发送安全请求(Security Request),主设备响应[^5]。 - **配对方法选择**: - **Just Works**:无用户交互,适用于简单设备(如传感器)[^5]。 - **Passkey Entry**:用户输入6位数字码(如手机与键盘配对)[^5]。 - **Numeric Comparison**:双方显示相同数字并确认(如智能手表与手机)[^5]。 2. **密钥交换与加密** - **生成临时密钥(TK)**:根据配对方法生成初始密钥[^5]。 - **派生长期密钥(LTK)**:用于后续连接的加密,保存至非易失性存储器以实现绑定。 3. **绑定与自动重连** - 配对信息(如LTK、设备地址)被存储,后续连接无需重复配对[^2][^5]。 #### 四、安全机制 1. **加密通信**:使用生成的密钥(如LTK)加密数据,防止窃听[^5]。 2. **防中间人攻击**:通过配对码或数字比较验证设备合法性[^3]。 #### 五、优化连接时间 1. **缩短寻呼间隔**:减少主从设备响应延迟[^4]。 2. **预共享设备地址**:通过存储地址跳过扫描阶段[^2][^4]。
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