ULP藍牙技術(shù)的安全設(shè)計

3.2廣播工作模式中認證
ULP系統(tǒng)中，每一臺設(shè)備會產(chǎn)生和保持兩個隨機生成的密鑰：鑒權(quán)（identity root）和加密（encryption root）。鑒權(quán)用于連接中生成私有地址和區(qū)分標識符密鑰連接中的標識符。加密用來確立密鑰標識符的安全。在任何加密連接中，廣播創(chuàng)建密鑰作為會話密鑰的基礎(chǔ)。集合密鑰是在某些配對選擇中創(chuàng)建，這些密鑰只是用作保護（未來）廣播中密鑰的傳遞。

加密模式中，通過廣播方式把創(chuàng)建的密鑰分派給需要連接的所有設(shè)備或?qū)嶓w，鑒權(quán)的一個應(yīng)用建立私有地址。因為鑒權(quán)每次只支持一個身份，所以許多申請者將獲得同樣的鑒權(quán)。廣播向設(shè)備提供標識符的加密（伴隨16bit 標識符），在加密模式中該設(shè)備是支持連接的設(shè)備。規(guī)范的基本概念有唯一的標識符密鑰，被稱為“長期密鑰”（Long Term Key）,這個密鑰分配給每個申請者。此外，加密規(guī)則僅僅是推薦使用并且在廣播之外。長期密鑰是不可見的，在原則上能使用任何映射在 16位和128位之間密鑰。加密標識符密鑰有以下幾種：IRK（Identity Resolving Key）、PIR（Pairing Identity Root）、DHK（Diversifier Hiding Key）、 PIRK（Pairing Identity Resolving Key）、PDHK （Pairing Diversifier Hiding Key）。

在廣播模式條件下，廣播設(shè)備產(chǎn)生一個初始隨機向量（IRV），該向量由10個字節(jié)的新隨機數(shù)組成，也是鏈路層（LL）傳輸給申請者的第一個可能的數(shù)據(jù)包。廣播設(shè)備初始化時，到達一個連接請求。

連接請求包括：SEC字段（表明是否是加密請求）、PI字段（表明申請者連接一個匹配認證）。SEC=1，表示有2字節(jié)的加密區(qū)分標識符（EDIV）和申請者6字節(jié)的隨機地址。

如圖3所示，在SEC=1的條件下，ULP藍牙廣播模式下的認證步驟如下：
1．解密區(qū)分標識符隱藏密鑰：發(fā)送HCI_Set_key(0x00,DKH)命令到鏈路層，返回HCI_Command_Complete(),并再發(fā)送加密請求命令HCI_encrypt（addmaster），PAL返回請求完成命令HCI_Command_Complete()。
由EDHK計算DIV，
此具體過程是：
由Y = EDHK
(IRA（初始化隨機地址）,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x00,0x00)
DIV = {Y0, Y1} XOR {EDIV0, EDIV1}得出。
或者在PI=1的條件下，即匹配連接中有
Y = EPDHK (IRA,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00)
得出DIV = {Y0, Y1} XOR {EDIV0, EDIV1}

2．創(chuàng)建長期密鑰：發(fā)送設(shè)置加密命令到鏈路層HCI_Set_key(0x00,ER)，返回完成命令HCI_Command_Complete()，再發(fā)送請求加密長期密鑰命令HCI_encrypt（DIV），返回完成創(chuàng)建長期密鑰命令HCI_Command_Complete(LTK)。

按以下公式重新創(chuàng)建長期密鑰LTK，

LTK=EER (DIV,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00)

3．創(chuàng)建會話密鑰命令HCI_Set_key(0x00,LTK)，返回完成命令HCI_Command_Complete()，再發(fā)送請求加密長期密鑰命令HCI_Encrypt(addmaster/IRV)，返回完成創(chuàng)建長期密鑰命令HCI_Command_Complete(SK)。。

4．鏈路層設(shè)置會話密鑰和初始值：初始值為

別發(fā)送命令HCI_Set_key(0x01,SK)和HCI_Set_IV(addr｜addr[0…23])到鏈路層進行設(shè)置，返回完成設(shè)置命令HCI_Command_Complete()。生成會話密鑰SK和IV，并在鏈路層設(shè)置（廣播地址AA = {A0,A1, …,A5})。

3.3申請模式中加密會話設(shè)置
申請者瀏覽廣播，找到相匹配的廣播地址AA={A0，A1，…，A5}，初始使用6字節(jié)完全隨機地址（IRA）。

1．創(chuàng)建隨機地址：發(fā)送HCI_Rand()命令到鏈路層（LL），返回HCI_Command_Complete(rand),

2．加密區(qū)分標識符(diverfier)密鑰：發(fā)送設(shè)置加密命令到鏈路層HCI_Set_key(0x00,DHR)，返回請求完成命令HCI_Command_Complete()，再發(fā)送加密請求命令HCI_Encrypt(addmaster)，返回請求完成命令HCI_Command_Complete()。

由DIV計算出EDIV
由Y = EDHK (IRA,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00)
得出EDIV = {Y0, Y1} XOR {DIV0, DIV1}
或者在PI=1的條件下，即匹配中由
Y = EPDHK (IRA,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00)
得出EDIV = {Y0, Y1} XOR {DIV0, DIV1}

最后申請者請求一個連接，該連接建立過程如圖4所示。

1.如果請求加密連接，則SEC 字段一直等于1；如果在申請者和廣播設(shè)備間,擴展匹配繼續(xù)進行，即PI字段設(shè)置為1。

2. 2字節(jié)的加密區(qū)分標識符密鑰(EDIV),6字節(jié)的申請者隨機地址（IRA）。

3.當連接已經(jīng)建立，從廣播中申請者得到一個10字節(jié)的隨機向量（IRV）作為層協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU(類型0xFD)，然后從長期密鑰中，申請者創(chuàng)建會話密鑰SK和設(shè)置初始值（IV）。

創(chuàng)建會話密鑰SK：發(fā)送設(shè)置長期密鑰命令HCI_Set_key(0x00,LTK)到鏈路層，返回完成命令HCI_Command_Complete()，再發(fā)送加密請求命令HCI_encrypt，返回完成創(chuàng)建會話密鑰命令HCI_Command_Complete(SK)，
，
即可表示為：
SK = (IRA,IRV),
IV = {IRA,A0,A1,A2}。

4.SK和IV被分配給鏈路層（LL）,作為最后的步驟，LL操作中，申請者將初始化“連接模式變化”。
鏈路層設(shè)置會話密鑰和初始值：分別發(fā)送命令HCI_Set_key(0x01,SK)和HCI_Set_IV(addr｜addr[0…23])到鏈路層設(shè)置，返回完成設(shè)置命令HCI_Command_Complete()。

3.4密鑰更新
安全連接建立之后，不支持密鑰更新或者重建安全參數(shù)。唯一的例外就是匹配程序，在匹配的第一階段后，匹配程序中的會話加密密鑰和狀態(tài)發(fā)生改變。