ULP藍牙技術(shù)的安全設(shè)計

4匹配和密鑰交換
本文的匹配算法有兩個擴展模式，在前n個連接中密鑰改變（如果攻擊者錯過一個更新，安全性提高）。第一個擴展模式尤其適合于移動設(shè)備，第二擴展模式是假定兩個設(shè)備有相同的地址，干擾硬件攻擊者，提高密鑰的安全性，該模式適用于家庭等固定環(huán)境。

匹配分兩個階段執(zhí)行。開始執(zhí)行功能交換，使用開始匹配請求和開始匹配響應(yīng)。第三階段沒有匹配。

4.1匹配和密鑰交換的步驟
ULP藍牙的匹配分三個階段進行，其流程如圖5所示。
第一階段，成功匹配功能交換后，開始執(zhí)行第一階段操作。這一階段不受加密保護，連接中直接進入擴展的狀態(tài)（伴隨著PI 字段設(shè)置為連接請求和SEC 字段關(guān)閉）。

第二階段，在加密通道中執(zhí)行匹配，受臨時密鑰或者第一階段的結(jié)果或是早期擴展階段的保護。該階段的匹配可以直接輸入（PI 字段設(shè)置為連接請求），在此保護通道中下面之一被執(zhí)行：

1.傳送長期密鑰和認證（從未來的廣播到未來的申請者）。

2.傳送擴展（臨時）密鑰和認證（從未來的廣播到未來的申請者），在擴展模式中，進行有限的密鑰交換。

第三階段，第三階段和匹配無關(guān)，是正常的會話，并且使用了在第二階段同樣的密鑰保護。注：廣泛的與這個密鑰通信可能會導(dǎo)致（取決于匹配機制）攻擊。攻擊長期密鑰可能導(dǎo)致在第二階段中提供的長期密鑰長度少于128 bit。第三階段提供方便和實用性的擴展模式，以及可能簡單的設(shè)備。

總體層次規(guī)范定義了第三階段的用處，如果沒有定義任何第三階段的用途，匹配的設(shè)備將終止匹配會話，用長期密鑰建立新會話。

4.2匹配第一階段的具體實現(xiàn)
匹配的第一階段，建立一個共享密鑰，定義自己的程序。匹配的第一階段產(chǎn)生一個共享密鑰SK?？赡茉谶M入第一階段匹配時設(shè)置PI連接請求（SEC不設(shè)置）。

4.2.1明文密鑰匹配
最簡單的匹配算法沒有設(shè)置防止攻擊的保護，在規(guī)定的時間內(nèi)和地點，進行匹配，它包含兩條消息，一條是從申請者中一個16 bit的隨機向量RAND發(fā)送密鑰轉(zhuǎn)化為PDU，另一條是在廣播中發(fā)送一個密鑰檢驗PDU作為響應(yīng)。兩個設(shè)備計算共享密鑰：

臨時密鑰（TK） =
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}
SK = ETK(RAND)
其匹配過程如圖6所示。

4.2.2預(yù)共享密鑰匹配
一個設(shè)備，由于某些其它的連接媒體、密鑰放入可能性或者其他原因有一個共享秘密，可作為種子用于匹配，那么使用預(yù)共享密鑰匹配，信令相當于明文關(guān)鍵匹配，計算臨時密鑰TK，用AES加密模塊，創(chuàng)建，這里mx有16字節(jié)的消息模塊，最后生成TK，初始化H0定義為
H0=
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}
信令和隨機數(shù)RAND作為明文密鑰匹配處理。SK = ETK(RAND)，共享密鑰有臨時密鑰加密隨機數(shù)生成。

4.3匹配第二階段的具體實現(xiàn)
經(jīng)過第一階段產(chǎn)生的共享密鑰SK，用于第二階段的初始化加密會話，連接請求中設(shè)置PI 字段和SEC 字段進入第二階段。

申請者（如果有指示密鑰傳送給廣播）首先發(fā)送它的密鑰資料給廣播。廣播收到長期密鑰LTK和IR后，它發(fā)送各自的參數(shù)給申請者。這條消息會有順序的傳送：長期密鑰和身份根IR。

因此廣播接受申請者的認證（如果廣播指明不顯示它的密鑰），或申請者接收到廣播，即完成第二階段。在階段三，設(shè)備可能繼續(xù)通信。

5．總結(jié)
綜上所述，ULP藍牙系統(tǒng)本身提供的安全系統(tǒng)具有相當?shù)陌踩匦浴?】。在ULP藍牙用于商業(yè)或軍事等方面時，現(xiàn)有的點對點的密鑰分配和認證機制將無法滿足安全要求，采用AES加密算法是必需。文章介紹了ULP藍牙認證、匹配，描述了它的體系結(jié)構(gòu)。相比藍牙而言，在安全上有以下特點：

1.現(xiàn)有的藍牙認證【6】，主要是通過質(zhì)詢—響應(yīng)的方法進行認證。ULP藍牙的認證基本相同，但是ULP藍牙的認證機制中，通過設(shè)置SEC和PI的值進行不同的認證。安全措施更明確、簡單，易于實現(xiàn)。

2.藍牙加密使用E0加密算法【7】，缺點在于若一個偽隨機序列發(fā)生錯誤，便會使整個密文發(fā)生錯誤，致使在解密過程中無法還原回明文。藍牙E0流加密中用到的 LFSR易受到相關(guān)攻擊和分割解決攻擊，且用軟件實現(xiàn)效率非常低。

ULP藍牙中使用的是用AES加密模塊。雖然傳輸速度有所降低，其安全性更高。適合小器件設(shè)備，如手表、運動傳感器、醫(yī)療設(shè)備等等,傳統(tǒng)藍牙適用于傳輸大量數(shù)據(jù)的設(shè)備。ULP藍牙的加密的位置處于HCI 層，在流量控制和重傳機制下，可以避免多次加密無用的數(shù)據(jù)。針對性更強，對不需要加密的數(shù)據(jù)進行了過濾，如命令分組、事件分組。所以它的日常連接次數(shù)可達到50次，而傳統(tǒng)藍牙次數(shù)在5次以內(nèi)。并且加密方案采用低成本的可編程邏輯器件和現(xiàn)成可用的高級加密處理的智力產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品實現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的成本。