ULP藍牙技術(shù)的安全設計

2007年6月，Wibree技術(shù)被納入藍牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)，并更名為ULP(超低功耗)藍牙【1】。它繼承了傳統藍牙規范的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)化運用，且耗能更少，成本更低，用于小型設備件的簡(jiǎn)單的數據傳輸。

Wibree作為一項極低耗電量藍牙技術(shù)成為藍牙規格的一部分，是一種新的低功率無(wú)線(xiàn)技術(shù)， 為業(yè)界開(kāi)拓了新的市場(chǎng)機會(huì )及創(chuàng )新空間。由于采用無(wú)線(xiàn)方式進(jìn)行通信，因此，ULP藍牙跟傳統藍牙一樣面臨傳輸數據被截獲的危險。所以如何保證ULP藍牙運用的安全，是ULP藍牙技術(shù)設計的一個(gè)核心問(wèn)題。

本文基于Bluetooth SIG的技術(shù)草案【2】，討論了ULP藍牙技術(shù)安全結構，介紹ULP藍牙的地址生成，具體研究了ULP藍牙的認證、密鑰生成和匹配原理及相關(guān)過(guò)程。

2.ULP藍牙的安全構架【3】
安全性是ULP藍牙協(xié)議中必不可少的一部分，它提供使用的保護和信息保密。如圖1所示，ULP藍牙系統有三個(gè)邏輯組成部分：UIP控制器、ULP主機、HCI（主機控制器接口：介于UIP控制器與ULP主機之間，提供通信服務(wù)）。ULP控制器由物理層和鏈路層組成；ULP主機中主要是ULP的L2CAP協(xié)議；高層主要是應用層協(xié)議，多種剖面在高層中應用。而安全模塊位于ULP控制器中的鏈路層和ULP主機的L2CAP協(xié)議中，由主機控制器提供控制和數據。

ULP藍牙工作在2.4GHz的ISM（Industrial Scientific Medical）頻段，其工作的中心頻率為2402+K*2MHz(K=0～39)，即，工作頻帶寬度為2～3.5MHz。劃分為40個(gè)物理信道，其中包括3個(gè)廣播信道和37個(gè)數據信道。
結構中的鏈路層有兩種工作狀態(tài)：空閑狀態(tài)和連接狀態(tài)，并且，其鏈路層只能工作在一種工作狀態(tài)下。同時(shí)，ULP藍牙設備還有5種工作模式：廣播模式，掃描模式，申請模式，主設備，從設備。

ULP L2CAP(Logic link control and adaptation protocol)處于鏈路控制協(xié)議之上，屬于數據鏈路層。L2CAP對上層協(xié)議可以提供面向連接和無(wú)連接數據服務(wù)。L2CAP允許高層協(xié)議和應用發(fā)送和接收最長(cháng)64K字節數據包（L2CAP服務(wù)數據單元，SDU）。

鏈路層中的連接加密過(guò)程由ULP主機負責，而且它還包含一個(gè)由鏈路層獨立負責的加密子進(jìn)程。加密過(guò)程由HCI_Setup_Encryption命令來(lái)初始化。使用這個(gè)命令后，主設備的ULP主機就表明了鏈路層連接了新的加密模式。只要有這樣一個(gè)來(lái)自于ULP主機的命令，一個(gè)SEC_EMPTY_REQ數據包就會(huì )在鏈路層的連接上被傳送.

在被用HCI_Command_Completed命令所表示的過(guò)程完成之前的時(shí)間當中，在HCI_Setup_Encryption命令之后，不允許有來(lái)自于ULP主機的任何數據包。

3．ULP藍牙認證及密鑰生成過(guò)程
3.1 ULP藍牙地址【4】
ULP藍牙使用兩種類(lèi)型的地址：設備地址和存取地址，設備地址細分為公有和私有設備地址。每個(gè)ULP設備應該分配一個(gè)固定48bit的ULP藍牙公共設備地址，而私有設備設置的地址是可選的。一個(gè)ULP設備只有在證明設備可靠性后，才顯示其私有地址。每個(gè)鏈路層的連接有一個(gè)偽隨機32bit的存取地址，由連接中的申請者產(chǎn)生，每個(gè)鏈路層連接有不同的存取地址。ULP藍牙系統中，只能有一個(gè)數據包格式能在廣播通道數據包和數據通道數據包中同時(shí)使用。如圖2所示，每個(gè)數據包含4個(gè)實(shí)體：標頭，同步字，PDU，和CRC。廣播數據包中的同步字是固定的，數據通道中的數據包同步字是鏈路層連接的存取地址。