如何使用藍(lán)牙4.2保護(hù)隱私

摘要：在最新的藍(lán)牙(Bluetooth)4.2核心規(guī)范當(dāng)中，支持一項(xiàng)新的特性，可以通過周期性地改變藍(lán)牙設(shè)備的隨機(jī)地址幫助藍(lán)牙設(shè)備的使用者來保護(hù)自身的隱私，避免其設(shè)備被黑客或者是竊聽者通過射頻偵聽以及對數(shù)據(jù)分析的方式得以竊取。這一隱私保護(hù)的特性并不是在GAP(Generic Access Profile)的發(fā)現(xiàn)流程過程當(dāng)中起作用，而是在連接建立之后對設(shè)備的行蹤得以保護(hù)。一旦設(shè)備采用了可變隨機(jī)地址的概念，設(shè)備使用者的隱私能夠得到很好的保護(hù)，本文將會著重為大家介紹藍(lán)牙4.2核心規(guī)范當(dāng)中關(guān)于隱私保護(hù)的技術(shù)細(xì)節(jié)。

在我們的日常使用的無線通信設(shè)備當(dāng)中，都包含了MAC地址。MAC地址具有唯一性的特點(diǎn)，通常在網(wǎng)絡(luò)通信當(dāng)中，MAC地址作為設(shè)備符來采用。MAC地址大多是由設(shè)備的生產(chǎn)廠商來分配并且存儲在設(shè)備當(dāng)中。如果在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中有兩個(gè)設(shè)備具有相同的MAC地址，那么就會產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)通信的問題，所以設(shè)備的生產(chǎn)廠商在分配MAC地址的時(shí)候都非常小心，確保地址的唯一性。如果我們希望獲取設(shè)備的MAC地址也非常的簡單，當(dāng)我們打開智能手機(jī)或者是平板電腦，你可以非常簡單的在類似于“設(shè)備管理”的界面找到設(shè)備的MAC地址，而有些設(shè)備，比如說無線路由器，它們的MAC地址就打印在設(shè)備的背面。同時(shí)，我們還可以通過其他的方式來獲取設(shè)備的MAC地址。

我們可以試想一下，當(dāng)我們每天搭乘公共交通穿行了整個(gè)城市，當(dāng)我們在商場購物或是和朋友在餐廳聚餐的時(shí)候，你的智能手機(jī)可以幫助你付費(fèi)、點(diǎn)單和導(dǎo)航。如果你的智能手機(jī)接入到網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)當(dāng)中進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)訪問的時(shí)候，它就可能會在這一系列的過程當(dāng)中來廣播其MAC地址。我們前面提到了MAC地址在網(wǎng)絡(luò)通信當(dāng)中的唯一性，你又是智能手機(jī)的使用者，那么這部智能手機(jī)的MAC地址從某一角度來講，就代表了你在無線通信過程當(dāng)中的身份認(rèn)證。因此就存在這樣一種可能，一些懷有惡意的人通過一些其他的無線通信設(shè)備，可以獲取你的智能手機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)的MAC地址并且記錄了MAC地址出現(xiàn)的日期、時(shí)間和相關(guān)的位置，那么你的行蹤就可以被監(jiān)控，如下圖所示。

使用藍(lán)牙技術(shù)，也可能面對上面的這種問題。因此在藍(lán)牙4.2核心規(guī)范當(dāng)中，對上述問題提出了一種解決方法。要了解這個(gè)解決的方法，首先要現(xiàn)從藍(lán)牙設(shè)備的地址說起。和其他的無線通信技術(shù)類似，藍(lán)牙設(shè)備也有自身的設(shè)備地址，我們在藍(lán)牙的核心規(guī)范當(dāng)中，通常稱其為BD_ADDR(Bluetooth Device Address)，BD_ADDR將會在藍(lán)牙設(shè)備諸如連接和配對的過程當(dāng)中起到設(shè)備識別的作用。對于藍(lán)牙設(shè)備，可以使用公有地址(Public Device Address)，也可以使用隨機(jī)地址(Random Device Address)，但無論是使用公有地址，還是隨機(jī)地址，它們的地址長度都是48比特，也就是6個(gè)字節(jié)。

公有地址的構(gòu)成包含了兩個(gè)部分，一部分是公司識別碼(Company ID)，其需要通過IEEE注冊機(jī)構(gòu)付費(fèi)獲得，公司識別碼長度為24比特，處于48比特設(shè)備地址的高24比特;另外一部分是公司分配碼(Company Assigned ID)，其長度也為24比特，處于48比特設(shè)備地址的低24bit，如下圖所示。

公有地址

除了公有地址，藍(lán)牙設(shè)備也可以使用隨機(jī)地址進(jìn)行相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)操作。藍(lán)牙的隨機(jī)地址有包含兩種：靜態(tài)地址(Static Device Address)和私有地址(PrivateDevice Address)。由于靜態(tài)地址和本文的主題—如何使用藍(lán)牙4.2保護(hù)隱私關(guān)系不大，這里我們重點(diǎn)介紹一下私有地址。在私有地址的定義當(dāng)中，又包含了兩個(gè)子類：不可解析私有地址(Non-resolvable Private Address)和可解析私有地址(ResolvablePrivate Address， RPA)。所謂不可解析的私有地址，就是藍(lán)牙設(shè)備地址在周期性的變化，并且這個(gè)地址無法被其他設(shè)備所解析，我們可以認(rèn)為它就是一個(gè)隨機(jī)數(shù)。不可解析的私有地址可以保護(hù)用戶的隱私，因?yàn)椴粩嘧兓脑O(shè)備地址使得任何設(shè)備都無法通過記錄藍(lán)牙設(shè)備地址的方式來對用戶進(jìn)行跟蹤，但這樣的保護(hù)方式也意味著可信任的設(shè)備也無法這個(gè)藍(lán)牙設(shè)備的真實(shí)身份，因此我們著重介紹可解析的私有地址。如下圖所示，智能手機(jī)的設(shè)備地址在不斷的變化，因此即便是設(shè)備地址被獲取，也無法解析出設(shè)備的真實(shí)身份，除非具有某種解析密鑰。

可解析的私有地址意味著藍(lán)牙設(shè)備地址BD_ADDR在周期性的不斷變化，可以保護(hù)用戶的隱私不被跟蹤;同時(shí)由于其是可解析的，因此配對設(shè)備(Pair Device)可以通過這個(gè)私有地址解析出藍(lán)牙設(shè)備的真實(shí)身份。因此，我們要了解可解析的私有地址是如何產(chǎn)生的?

假設(shè)有兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備，分別是設(shè)備A和設(shè)備B，在兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備A、B建立連接之后，這兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備可以通過配對的方式交換各自的身份解析密鑰IRK(Identity Resolving Key, IRK)，設(shè)備A的身份解析密鑰IRK-A，設(shè)備B的身份解析密鑰IRK-B。假設(shè)設(shè)備B采用了可解析的私有地址機(jī)制，那么設(shè)備B就需要周期性的產(chǎn)生可解析的私有地址。下圖是可解析隨機(jī)地址的結(jié)構(gòu)，其中可解析隨機(jī)地址的高兩個(gè)比特分別為0和1，作為可解析地址的標(biāo)識符。

可解析私有地址

當(dāng)設(shè)備B需要生成隨機(jī)地址的時(shí)候，其內(nèi)部會首先生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)prand，基于prand隨機(jī)數(shù)，設(shè)備B需要利用哈希hash算法生成可解析隨機(jī)地址的另外一部分，hash。prand隨機(jī)數(shù)和哈希hash分別占用24比特，計(jì)算公式為：

哈希hash = ah(IRK-B, prand隨機(jī)數(shù))

其中函數(shù)ah在藍(lán)牙4.2核心規(guī)范第3卷H部分2.2.2章節(jié)有詳細(xì)介紹，此處不再贅述。當(dāng)設(shè)備B具有了prand隨機(jī)數(shù)和基于prand隨機(jī)數(shù)生成的哈希hash之后，通過移位相與的方式，就可以生成可解析隨機(jī)地址RPA。

RPA= hash|| prand

那么設(shè)備A該如何解析RPA呢?當(dāng)設(shè)備A收到一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備地址BD_ADDR，并且這個(gè)地址的地址標(biāo)識符表明其是一個(gè)可解析隨機(jī)地址，設(shè)備A首先將這個(gè)地址拆分為prand隨機(jī)數(shù)和哈希hash。接下來其利用之前與設(shè)備B配對時(shí)獲取的IRK-B，通過函數(shù)ah來生成一個(gè)本地哈希localHash。

localHash = ah(IRK-B, prand)

如果生成的本地哈希localHash與拆分得到的哈希hash相等，說明這個(gè)地址是設(shè)備B所產(chǎn)生的可解析隨機(jī)地址;如果不等，代表解析失敗。設(shè)備A可以利用其獲取的其他設(shè)備的IRK對這個(gè)地址就行解析。下圖是一個(gè)地址解析的流程圖。

地址解析流程

因此，對于可解析隨機(jī)地址的解析，我們可以認(rèn)為它是一個(gè)窮舉的過程。任何設(shè)備在收到一個(gè)可解析隨機(jī)地址的時(shí)候，都會利用其本地所存儲的所有IRK對這個(gè)可解析隨機(jī)地址進(jìn)行哈希比對，如果相符，解析過程終止，這個(gè)地址的真實(shí)身份可解析;如果所有的IRK都無法對這個(gè)地址進(jìn)行解析，那么解析失敗。

通過上述的方法，藍(lán)牙設(shè)備可以通過采用可解析隨機(jī)地址的方式來對設(shè)備隱私進(jìn)行保護(hù)，進(jìn)而對設(shè)備使用者的隱私進(jìn)行保護(hù)。采用了可解析隨機(jī)地址之后，藍(lán)牙設(shè)備的地址是周期性不斷變化的，所以即使通過其他方式獲取了藍(lán)牙設(shè)備的地址，也無法通過設(shè)備地址出現(xiàn)的時(shí)間和地址來對設(shè)備進(jìn)行跟蹤。只有那些經(jīng)過配對過程完成了身份解析密鑰IRK交互的可信設(shè)備，才能對可解析隨機(jī)地址進(jìn)行解析。