蓝牙配对过程分析

Posted 2020-10-28

1.概念

配对是指“Master和Slave通过协商确立用于加（解）密的key的过程。指的是下图中的第7部分。

2.配对方法

Master和Slave有两种可选的配对方法：legacy pairing和Secure Connections。从命名上看，前者是过去的方法，后者是新方法。选择的依据是：当Master和Slave都支持Secure Connections（新方法）的时候，则使用Secure Connections。否则，使用legacy pairing。

3.配对过程

配对过程如图所示，主要由下面四部分完成：

3.1.Pairing Feature Exchange

用于交换双方有关鉴权的需求（authentication requirements），以及双方具有怎么的人机交互能力（IO capabilities）。其中最重要的是IO capabilities exchange。

IO的能力可以归纳为如下的六种：
NoInputNoOutput
DisplayOnly
NoInputNoOutput1
DisplayYesNo
KeyboardOnly
KeyboardDisplay
上述的IO能力决定了后续的鉴权方式。

3.2.Public key exchange

两个设备之间交换Public key。 一旦设备收到对端设备的公钥，它就可以开始计算Diffie Hellman密钥（DHKey）。耗时较多，应该尽早开始，以便用户交互可以隐藏计算时间。 在步骤8之前不需要DHKey。
当 Public key的长度大于DM1包的长度时，要使用专门的PDU来进行数据发送。

3.3.Authentication

通过SMP协议进行实际的配对操作，根据阶段1 “Feature Exchange”的结果，有三种鉴权方法可选：

3.3.1.OOB鉴权：

如果双方都支持OOB鉴权，则选择该方式（优先级最高）。由配对的双方，在配对过程之外，额外的交互一些信息，并以这些信息为输入，进行后续的配对操作。这些额外信息也称作OOB（out of band），OOB的交互过程称为OOB protocol。

3.3.2.MITM鉴权：

（man-in-the-middle）authentication，由两者方法：
Numeric Comparision方式鉴权：两个设备自行协商生成6个数字，并显示出来（要求两个设备具有显示能力），用户比较后进行确认（一致，或者不一致，要求设备有简单的yes or no的确认能力）。

Passkey Entry，通过输入配对码的方式鉴权。

3.3.3.Just Work:

Just Work，不需要用户参与，两个设备自行协商。

3.4.DHKey Checks

一旦设备完成鉴权过程，并且DHKey计算已完成，则检查生成的DHKey值。 如果成功，则两个设备都将完成向用户显示关于该过程的信息，否则控制器向主机发送消息以通知其停止显示该信息。

当配对过程完成后，link key就可以从DHKey中计算得到，并用做后续交互过程的输入（KEY + 明文 => 加密数据），通过HCI_Link_Key_Notification来通知host。

经过上述过程后，双方已经产生了加密key，因而可以建立加密的连接。加密连接建立后，可以互相传送一些私密的信息，例如Encryption Information、Identity Information、Identity Address Information等。