ULP蓝牙技术的安全设计

作者：时间：2011-10-09 来源：网络收藏

3.2广播工作模式中认证
ULP系统中，每一台设备会产生和保持两个随机生成的密钥：鉴权（identity root）和加密（encryption root）。鉴权用于连接中生成私有地址和区分标识符密钥连接中的标识符。加密用来确立密钥标识符的安全。在任何加密连接中，广播创建密钥作为会话密钥的基础。集合密钥是在某些配对选择中创建，这些密钥只是用作保护（未来）广播中密钥的传递。

加密模式中，通过广播方式把创建的密钥分派给需要连接的所有设备或实体，鉴权的一个应用建立私有地址。因为鉴权每次只支持一个身份，所以许多申请者将获得同样的鉴权。广播向设备提供标识符的加密（伴随16bit 标识符），在加密模式中该设备是支持连接的设备。规范的基本概念有唯一的标识符密钥，被称为“长期密钥”（Long Term Key）,这个密钥分配给每个申请者。此外，加密规则仅仅是推荐使用并且在广播之外。长期密钥是不可见的，在原则上能使用任何映射在 16位和128位之间密钥。加密标识符密钥有以下几种：IRK（Identity Resolving Key）、PIR（Pairing Identity Root）、DHK（Diversifier Hiding Key）、 PIRK（Pairing Identity Resolving Key）、PDHK （Pairing Diversifier Hiding Key）。

在广播模式条件下，广播设备产生一个初始随机向量（IRV），该向量由10个字节的新随机数组成，也是链路层（LL）传输给申请者的第一个可能的数据包。广播设备初始化时，到达一个连接请求。

连接请求包括：SEC字段（表明是否是加密请求）、PI字段（表明申请者连接一个匹配认证）。SEC=1，表示有2字节的加密区分标识符（EDIV）和申请者6字节的随机地址。

如图3所示，在SEC=1的条件下，ULP蓝牙广播模式下的认证步骤如下：
1．解密区分标识符隐藏密钥：发送HCI_Set_key(0x00,DKH)命令到链路层，返回HCI_Command_Complete(),并再发送加密请求命令HCI_encrypt（addmaster），PAL返回请求完成命令HCI_Command_Complete()。
由EDHK计算DIV，
此具体过程是：
由Y = EDHK
(IRA（初始化随机地址）,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x00,0x00)
DIV = {Y0, Y1} XOR {EDIV0, EDIV1}得出。
或者在PI=1的条件下，即匹配连接中有
Y = EPDHK (IRA,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00)
得出DIV = {Y0, Y1} XOR {EDIV0, EDIV1}

2．创建长期密钥：发送设置加密命令到链路层HCI_Set_key(0x00,ER)，返回完成命令HCI_Command_Complete()，再发送请求加密长期密钥命令HCI_encrypt（DIV），返回完成创建长期密钥命令HCI_Command_Complete(LTK)。

按以下公式重新创建长期密钥LTK，

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

3．创建会话密钥命令HCI_Set_key(0x00,LTK)，返回完成命令HCI_Command_Complete()，再发送请求加密长期密钥命令HCI_Encrypt(addmaster/IRV)，返回完成创建长期密钥命令HCI_Command_Complete(SK)。。

4．链路层设置会话密钥和初始值：初始值为

别发送命令HCI_Set_key(0x01,SK)和HCI_Set_IV(addr｜addr[0…23])到链路层进行设置，返回完成设置命令HCI_Command_Complete()。生成会话密钥SK和IV，并在链路层设置（广播地址AA = {A0,A1, …,A5})。

3.3申请模式中加密会话设置
申请者浏览广播，找到相匹配的广播地址AA={A0，A1，…，A5}，初始使用6字节完全随机地址（IRA）。

1．创建随机地址：发送HCI_Rand()命令到链路层（LL），返回HCI_Command_Complete(rand),

2．加密区分标识符(diverfier)密钥：发送设置加密命令到链路层HCI_Set_key(0x00,DHR)，返回请求完成命令HCI_Command_Complete()，再发送加密请求命令HCI_Encrypt(addmaster)，返回请求完成命令HCI_Command_Complete()。

由DIV计算出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的条件下，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}

最后申请者请求一个连接，该连接建立过程如图4所示。

1.如果请求加密连接，则SEC 字段一直等于1；如果在申请者和广播设备间,扩展匹配继续进行，即PI字段设置为1。

2. 2字节的加密区分标识符密钥(EDIV),6字节的申请者随机地址（IRA）。

3.当连接已经建立，从广播中申请者得到一个10字节的随机向量（IRV）作为层协议数据单元PDU(类型0xFD)，然后从长期密钥中，申请者创建会话密钥SK和设置初始值（IV）。

创建会话密钥SK：发送设置长期密钥命令HCI_Set_key(0x00,LTK)到链路层，返回完成命令HCI_Command_Complete()，再发送加密请求命令HCI_encrypt，返回完成创建会话密钥命令HCI_Command_Complete(SK)，
，
即可表示为：
SK = (IRA,IRV),
IV = {IRA,A0,A1,A2}。

4.SK和IV被分配给链路层（LL）,作为最后的步骤，LL操作中，申请者将初始化“连接模式变化”。
链路层设置会话密钥和初始值：分别发送命令HCI_Set_key(0x01,SK)和HCI_Set_IV(addr｜addr[0…23])到链路层设置，返回完成设置命令HCI_Command_Complete()。