深入理解低功耗蓝牙的配对过程- Part 1 Pairing Feature Exchange

最新推荐文章于 2024-08-29 10:17:02 发布

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#Bluetooth #BLE

本文深入剖析蓝牙低功耗（BLE）的配对过程，特别是配对特性交换阶段。内容涉及蓝牙核心规范中的Security Manager（SM）、LE legacy pairing与LE Secure Connections的区别，以及配对请求/响应数据包的内容，包括IO Capabilities、OOB Data Flag、Bonding_Flags等关键字段的解释。此外，还提到了Nordic nRF5 SDK15.3中的相关代码实现。

在蓝牙核心规范中，有三个主要的架构层:Controller、Host和Application。在Host层，有一个名为Security Manager (SM)的模块（如下图以Nordic协议架构所示红色标注的位置），它定义了配对和密钥分发的方法和协议、相应的安全toolbox，以及定义了配对命令帧格式、帧结构和超时限制的Security Manager协议(SMP)。安全管理器(SM)使用密钥分发方法来执行无线通信中的认证和加密功能。

执行配对以建立密钥，再使用密钥加密链接。然后执行特定于传输的密钥分发来共享密钥。密钥可用于在将来重新连接时加密链接、验证签名数据或执行随机地址解析。一般来说，配对有三个阶段。

阶段1： Pairing Feature Exchange
阶段2：(LE legacy pairing):短期密钥(STK)生成
阶段2：(LE Secure Connections):长期密钥(LTK)生成
阶段3：传输指定密钥分发

在这里我们需要搞清楚两个概念：LE legacy pairing和LE Secure Connections。LE是“low energy”的缩写，是蓝牙4.0及以上版本的主要功能之一。在蓝牙4.2规范中，添加了LE物理传输的安全连接特性，升级了对蓝牙LE物理传输的配对，使用了FIPS-approved的算法(AES-CMAC和P-256椭圆曲线)。为了区分蓝牙4.0和4.1规范中定义的安全连接和配对，将其称为LE legacy pairing，而到蓝牙4.2版本后增加了LE Secure Connections的模式。

下图流程LE legacy pairing和LE Secure Connections两个都有包含