藍(lán)牙SMP安全管理詳解

　　smp即Security Manage Protocol。是藍(lán)牙用來(lái)進(jìn)行安全管理的，其定義了配對(duì)和密鑰分發(fā)的過程實(shí)現(xiàn)。smp被用在LE-only設(shè)備或藍(lán)牙雙模設(shè)備中。

　　框架

　　首先看下SM在ble中的框架（貌似要用到ble才會(huì)使用SM哦）：

　　安全管理的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)

　　前面是簡(jiǎn)要看了下ble SM的大體框架，這部分將較為詳細(xì)的說明ble的安全管理的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是怎么樣的。接下來(lái)安全管理可能用SM來(lái)代指。

　　密鑰分發(fā)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)

　　SM，就是使用一種密鑰分發(fā)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)識(shí)別ble數(shù)據(jù)加密和解密的功能。連接建立之后，雙方通過某些方式協(xié)商共同的密鑰，然后將后續(xù)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)用這個(gè)密鑰通過加密算法進(jìn)行加密，那實(shí)際傳送到空中的數(shù)據(jù)是加密后的數(shù)據(jù)，在接收到這些數(shù)據(jù)后，就必須用正確的密鑰來(lái)解密，才能得到正確的數(shù)據(jù)了。當(dāng)然，這種方式的加密，破解的方式就是得到其密鑰即可。

　　配對(duì)–Pairing

　　配對(duì)過程，是用來(lái)建立密鑰的，即完成雙方密鑰協(xié)商，就密鑰一事達(dá)成共同一致的過程。配對(duì)其實(shí)內(nèi)部又分為3個(gè)子過程的，先來(lái)看看配對(duì)過程的總體狀況吧（圖中initiator是連接發(fā)起者，一般是Master，Responder一般是Slave）：

　　Legacy Pairing與Secure Connection區(qū)別

　　這里需要說明下上圖中這兩者區(qū)別：

　　LE Secure Connection是BT 4.2后新增特性，Key生成方式不同，另BR/EDR與LE可以相互借用配對(duì)的key。總之就是在安全方面有較大提升。

　　配對(duì)第一階段：配對(duì)特征交換

　　即需要知道對(duì)方都支持哪些配對(duì)功能，像authentication要求，IO capabilities，是否支持Secure Connection等，以便雙方后續(xù)進(jìn)行相應(yīng)的配對(duì)操作。比如不能讓一個(gè)沒有輸入功能的設(shè)備使用PIN碼輸入來(lái)進(jìn)行配對(duì)……

　　配對(duì)第二階段：Key產(chǎn)生

　　LE Legacy pairing：產(chǎn)生Short Term Key；

　　LE Secure Connection：產(chǎn)生Long Term Key。

　　配對(duì)第三階段：Key分發(fā)

　　分發(fā)一些其他用途的Key，像Identity Resolving Key（IRK），這個(gè)Key可能是用于Random Address解析的吧（不確定哦，后續(xù)確認(rèn)）。不過在分發(fā)這些Key時(shí)，此階段鏈路是必須要加密的，要是不加密，那密鑰就直接被中間截取了，那后續(xù)都仍可被破解。因此必須加密，加密的Key是用第二階段產(chǎn)生的STK或LTK，或者雙模下直接共享使用BR/EDR配對(duì)產(chǎn)生的Key。

　　實(shí)例展示

　　這里是隨便抓了兩個(gè)設(shè)備（Master和Slave）建立連接時(shí)的包，其中smp開頭的包部分就是整個(gè)smp的流程咯，詳細(xì)的看圖吧：

　　這里開始時(shí)，Advertiser發(fā)ADV，然后Scanner搜索到了ADV信息，然后變身Initiator發(fā)Connect Request，然后連接就建立起來(lái)。隨后，立馬，Slave發(fā)一個(gè)Security Request（可選），然后進(jìn)行配對(duì)的第一階段，交換雙方配對(duì)支持特征。接著進(jìn)行第二階段生成了STK（看來(lái)這里的設(shè)備是用的Legacy Pairing方式，畢竟目前支持4.2的Secure Connection的還是不太多的），生成完成其實(shí)可以看到“LLCP Encryption Start”的過程，立馬對(duì)鏈路加密，加密完成了，才進(jìn)行配對(duì)第三階段，分發(fā)其它Key。

　　密碼工具箱

　　這是一些工具（軟件或硬件單元實(shí)現(xiàn)），用于某些加密，隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生，配對(duì)過程用到的一些可復(fù)用的小過程吧。密碼工具箱里面都是些密碼函數(shù)了。

　　這里對(duì)這個(gè)工具箱中的密碼函數(shù)主要是進(jìn)行簡(jiǎn)要功能上介紹吧，如果要自己實(shí)現(xiàn)這些函數(shù)的硬件電路設(shè)計(jì)，或者是coding的話，得詳細(xì)的查其資料了。

　　- ah：產(chǎn)生24bit的hash值（random address生成和解析會(huì)用哦）；

　　如下的是用于LE Legacy pairing過程的：

　　- c1：配對(duì)過程中產(chǎn)生confirm值；

　　- s1：配對(duì)過程中產(chǎn)生STK；

　　如下的是用于LE Secure Connections pairing過程的：

　　- f4：配對(duì)過程中產(chǎn)生confirm值；

　　- f5：配對(duì)過程中產(chǎn)生LTK和MacKey；

　　- f6：配對(duì)過程中在authentication過程2中產(chǎn)生檢查值；

　　- g2：配對(duì)過程中在authentication過程1中產(chǎn)生6位數(shù)字的比較值；

　　- h6：用于從BR/EDR link key產(chǎn)生LE的LTK，或者從LE的LTK產(chǎn)生BR/EDR link key，相當(dāng)于一個(gè)Key轉(zhuǎn)換作用吧。

　　以上的密碼函數(shù)分為兩類：

　　security function e

　　ah， c1， s1都是屬于e這種的，其對(duì)數(shù)據(jù)加密的使用方式如下：

　　encryptedData = e（key， plaintextData） /* encrypteData， key， plaintextData are 128 bit data */

　　security function AES-CMAC

　　f4， f5， f6， g2， h6都是屬于e這種的，其使用方式如下：

　　MAC = AES-CMACk（m）

　　其中，MAC是Message Authentication Code（128 bit），m是需要被authenticated的可變長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，k是128-bit Key。