Security Manager介绍
主要目的是为LE设备（LE only或者BR/EDR/LE）提供建立加密连接所需的key（STK or LTK）。定义了如下几类规范：
- 将生成加密key的过程称为Pairing（配对），并详细定义了Pairing的概念、操作步骤、实现细节等。
- 定义一个密码工具箱（Cryptographic Toolbox），其中包含了配对、加密等过程中所需的各种加密算法。
- 定义一个协议（
Security Manager Protocol，简称SMP），基于L2CAP连接，实现master和slave之间的配对、密码传输等操作。
Pairing（配对）
在SM的规范中，配对是指"Master和Slave通过协商确立用于加（解）密的key的过程"，主要由三个阶段组成：
- 阶段1 ，"Pairing Feature Exchange"，用于交换双方有关鉴权的需求（authentication requirements），以及双方具有怎么的人机交互能力（IO capabilities）。
- 阶段2 ，通过SMP协议进行实际的配对操作，根据阶段1 "Feature Exchange"的结果，有两种配对方法可选：LE legacy pairing 和 LE Secure Connections。
- 阶段3，经过阶段1和阶段2之后，双方已经产生了加密key，因而可以建立加密的连接。加密连接建立后，可以互相传送一些私密的信息，例如Encryption Information、Identity Information、Identity Address Information等。
Pairing Feature Exchange
配对的过程总是以Pairing Request和Pairing Response的协议交互开始，通过这两个命令，配对的发起者（Initiator，总是Master）和配对的回应者（Responder，总是Slave）可以交换足够的信息，以决定在阶段2使用哪种配对方法、哪种鉴权方式、等等
在此阶段，配对的双方以下面的原则选择鉴权方法：
- 如果双方都支持OOB鉴权，则选择该方式（优先级最高）。
- 否则，如果双方都支持MITM鉴权，则根据双方的IO Capabilities（并结合具体的配对方法），选择合适的鉴权方式。
- 否则，使用Just work的方式（不再鉴权）。
鉴权方式
所谓的鉴权（Authentication），就是要保证执行某一操作的双方（或者多方，这里就是配对的双方）的身份的合法性。对BLE来说，主要有两大类：
1、OOB（out of band）
由配对的双方，在配对过程之外，额外的交互一些信息，并以这些信息为输入，进行后续的配对操作。这些额外信息也称作OOB（out of band）。
2、需要人参与进来
手机A向手机B发起配对操作的时候，手机A在界面上显示一串6位数字的配对码，并将该配对码发送给手机B，手机B在界面上显示同样的配对码，并要求用户确认A和B显示的配对码是否相同，如果相同，在B设备上点击配对即可配对成功。
这种需要人参与的鉴权方式，在蓝牙协议里面称作MITM（man-in-the-middle）authentication，不过由于BLE设备的形态千差万别，硬件配置也各不相同，有些可以输入可以显示、有些只可输入不可显示、有些只可显示不可输入、有些即可输入也可显示，因此无法使用统一的方式进行MITM鉴权。
2.1、Passkey Entry
通过输入配对码的方式鉴权，常见于SSP(安全简单配对)中PC和键盘配对场景。
2.2、Numeric Comparison
两个设备自行协商生成6个数字，并显示出来（要求两个设备具有显示能力），用户比较后进行确认（一致，或者不一致，要求设备有简单的yes or no的确认能力）。
2.3、Just Work
没有需要额外输入的信息，现阶段是很常见和简单的一种方式。
配对方法
BLE协议栈支持两种可选的配对方法：LE legacy pairing 和 LE Secure Connections
1、LE legacy pairing
- LE legacy pairing最终生成的是Short Term Key（双方共享），生成STK之后，用STK充当LTK，并将EDIV和Rand设置为0，去建立加密连接。
- 加密连接建立之后，双方可以自行生成Long Term Key（以及相应的EDIV和Rand），并通过后续的阶段三将它们共享给对方，以便后面重新建立加密连接所使用：master和slave都要生成各自的LTK/EDIV/Rand组合，并共享给对方，以便后续Master或者Slave重新发起连接。
- STK的生成也比较简单，双方各提供一个随机数（MRand和SRand），并以TK为密码，执行S1加密算法即可。
- TK是鉴权的过程中得到的，根据在阶段一选择的鉴权方法，TK可以是通过OOB得到，也可以是通过Passkey Entry得到，也可以是0（Just Work）
注意： LE legacy pairing只能使用OOB、Passkey Entry或者Just Work三种鉴权方法（Numeric Comparison只有在LE Secure Connections时才会使用）
2、LE Secure Connections Pairing
LE Secure Connections pairing利用了椭圆曲线加密算法（P-256 elliptic curve），具体可以细节和参考郭睿 和 汤南 做的channel 通道加密，涉及到此加密算法。
- 可以使用OOB、Passkey Entry、Just Work以及Numeric Comparison四种鉴权方法。其中Numeric Comparison的流程和Just Work基本一样。
- 可以直接生成LTK（双方共享），然后直接使用LTK进行后续的链路加密，以及重新连接时的加密。
- Transport Specific Key Distribution
加密链路建立之后，通信的双方就可以传输一些比较私密的信息。
BLE的SMP的一些Key相关定义
| Long Term Key (LTK) | 加密链路用，128-bit |
|---|---|
| Encrypted Diversifier (EDIV) | 在LE legacy pairing过程中，用于识别LTK分发，16-bit |
| Random Number (Rand) | 在LE legacy pairing过程中，用于识别LTK分发，64-bit |
| Identity Resolving Key (IRK) | 用于生成和解析random address用的，128-bit |
常见配对失败的错误
详细可参考 BLUETOOTH CORE SPECIFICATION Version 5.2 | Vol 3, Part H Table 3.7: Pairing Failed reason codes 。这里简单列举下常见的错误：
1、Unspecified Reason （点击配对框取消）
2、PIN Or Key Missing (加密LTK丢失导致加密失败)
Man-In-The-Middle Protection
当想要让两个设备相连时，其实两个设备并没有直接相互连接，而是在不知不觉中都连接到了第三个（攻击性）设备，这个设备扮演了他们试图配对的设备的角色，从而发生中间人（MITM）攻击。
中间人在中间进行转发，以使双方设备错误的认为已经相互连接。此时，双方交换的信息都会被中间人所监听，甚至可以修改。
为了避免MITM攻击，提供了两种辅助的数字方法：numerical comparison 或者 passkey entry（passkey entry典型情景是PC与键盘，一个有输入能力但无显示能力，对端设备则有输出能力，PC显示6位十进制数字，键盘输入这组数字，输入正确则成功）
如果有认证动作，双方通过数字比较，就可以知道连接的设备是不是"预期设备"，因为，"同名攻击者"与两个设备相连时，产生的数值是不同的。
传统的SSP 配对中 PIN CODE方式也可以抵御MITM攻击，但是由于可以通过穷举PIN码的方式进行破译，因此，无法抵御被动监听攻击。