【BLE】四.SMP安全配对详解

设备配对流程

SMP专业术语

  • Paring(配对):

    配对能力交换,设备认证,密钥生成,连接加密以及机密信息分发等

    过程

  • Bonding(绑定)

    配对中会生成一个长期密钥(LTK,long-term Key),双方把LTK存储 在Flash,那么这两个设备再次重连就可跳过配对流程 ,且直接使用LTK对蓝牙连接进行加密;

    不存储LTK(不分发LTK),paring完成后连接也是加密的,但重连需再次进行paring流程,否则两者还是明文通信;

    在不引起误解的情况下,我们经常把paring当成paring和bonding两者的组合,因为只paring不bonding的应用情况非常少见,下文就不区分paring和bonding的区别。

  • SM(security manager):

    蓝牙协议栈的安全管理层,包括paring,bonding,以及SMP。

  • SMP(security manager protocol)

    安全管理协议,两个设备之间的蓝牙交互命令序列 ,对paring的空中包进行了严格时序规定

  • MITM(man in the middle):

    A和B通信过程中,C会插入进来以模拟A或者B,并且具备截获和篡改A和B之间所有通信报文的能力;若需要具备MITM保护能力,通过认证实现,分别为:OOB认证信息,passkey以及numeric comparison。

  • OOB(out of band,带外认证):

    不通过蓝牙射频本身来交互,而是-通过如人眼,NFC,UART等带外方式来交互配对信息。

  • Passkey(pin码):

    用户在键盘中输入的6位数字,以达到认证设备的目的。

  • Numeric comparison(数字比较):

    跟passkey一样,也是用来认证设备的6位数字,显示在显示器上 。如下:

  • IO capabilities(输入输出能力):

    是否有键盘,是否有显示器。

  • IRK(Identity Resolving Key,蓝牙设备地址解析密钥):

    可解析的随机地址,比如iPhone手机,由于其地址随着时间会变化IRK通过解析变化的地址的规律 ,从而确定这些地址是否来自同一个设备 ,即IRK可以用来识别蓝牙设备身份;

    IRK一般由设备出厂时按照一定要求自动生成

  • Identity Address(设备唯一地址):

    包括publicrandom staticprivate resolvablerandom unresolved 共四类;

    设备不支持privacy,那么identity address就等于public或者random static设备地址;。如果设备支持privacy,即使用private resolvable蓝牙设备地址,在这种情况下,虽然其地址每隔一段时间会变化一次,但是identity address仍然保持不变,其取值还是等于内在的public或者random static设备地址。

    Identity Address和IRK都可以用来唯一标识一个蓝牙设备。

  • TK(Temporary Key,临时密钥)

  • STK(short term key,短期密钥)

  • LTK(long term key,长期密钥)

IO能力

配对方式

只要有一端支持OOB,即使用OOB验证配对;只有都不支持才执行中间人(MITM)设置,即看两端是否有其一是支持使用IO功能的,支持就使用IO功能验证配对,如下所示:

IO功能选择

例如手机端作为发起端,一般都是"Keyboard Only"与"KeyBoard Display",如下所示:

其中的无认证:

示例工程:

SMP相关初始化

  • 初始化流程:

  • 设置安全配置参数:

  • 服务端GATT回调:

  • 服务端GAP回调:

  • 客户端GAP回调:

安全配置参数的代码片段

  • GATTS:
c 复制代码
    /* set the security iocap & auth_req & key size & init key response key parameters to the stack*/
	
//	esp_ble_auth_req_t auth_req = ESP_LE_AUTH_NO_BOND;			//未启用绑定
//	esp_ble_auth_req_t auth_req = ESP_LE_AUTH_BOND;				//启用绑定
//	esp_ble_auth_req_t auth_req = ESP_LE_AUTH_REQ_MITM;			//开启MITM保护
//	esp_ble_auth_req_t auth_req = ESP_LE_AUTH_REQ_SC_ONLY;		//未启用绑定的安全连接
//	esp_ble_auth_req_t auth_req = ESP_LE_AUTH_REQ_SC_BOND;		//启用绑定后的安全连接
	esp_ble_auth_req_t auth_req = ESP_LE_AUTH_REQ_SC_MITM;		//使用MITM保护和未启用连接的安全连接
//	esp_ble_auth_req_t auth_req = ESP_LE_AUTH_REQ_SC_MITM_BOND;	//安全连接,启用MITM保护和连接
	
//  esp_ble_io_cap_t iocap = ESP_IO_CAP_NONE;           //NoInputNoOutput
	esp_ble_io_cap_t iocap = ESP_IO_CAP_KBDISP;			//Keyboard display
//	esp_ble_io_cap_t iocap = ESP_IO_CAP_IO;				//DisplayYesNo
//	esp_ble_io_cap_t iocap = ESP_IO_CAP_OUT;			//DisplayOnly
//	esp_ble_io_cap_t iocap = ESP_IO_CAP_IN;				//KeyboardOnly

    uint8_t key_size = 16;      //the key size should be 7~16 bytes
    //启动秘钥通过LTK方式加密
    uint8_t init_key = ESP_BLE_ENC_KEY_MASK | ESP_BLE_ID_KEY_MASK;
    //响应秘钥通过IRK方式加密  
    uint8_t rsp_key = ESP_BLE_ENC_KEY_MASK | ESP_BLE_ID_KEY_MASK;
    //set static passkey
    uint32_t passkey = 123456;
    uint8_t auth_option = ESP_BLE_ONLY_ACCEPT_SPECIFIED_AUTH_DISABLE;
//	uint8_t auth_option = ESP_BLE_ONLY_ACCEPT_SPECIFIED_AUTH_ENABLE;			//必须绑定才能开启
	
    uint8_t oob_support = ESP_BLE_OOB_DISABLE;			//关闭OOB
//	uint8_t oob_support = ESP_BLE_OOB_ENABLE;			//开启OOB

    esp_ble_gap_set_security_param(ESP_BLE_SM_SET_STATIC_PASSKEY, &passkey, sizeof(uint32_t));
    esp_ble_gap_set_security_param(ESP_BLE_SM_AUTHEN_REQ_MODE, &auth_req, sizeof(uint8_t));
    esp_ble_gap_set_security_param(ESP_BLE_SM_IOCAP_MODE, &iocap, sizeof(uint8_t));
    esp_ble_gap_set_security_param(ESP_BLE_SM_MAX_KEY_SIZE, &key_size, sizeof(uint8_t));
    esp_ble_gap_set_security_param(ESP_BLE_SM_ONLY_ACCEPT_SPECIFIED_SEC_AUTH, &auth_option, sizeof(uint8_t));
    esp_ble_gap_set_security_param(ESP_BLE_SM_OOB_SUPPORT, &oob_support, sizeof(uint8_t));
    /* If your BLE device acts as a Slave, the init_key means you hope which types of key of the master should distribute to you,
    and the response key means which key you can distribute to the master;
    If your BLE device acts as a master, the response key means you hope which types of key of the slave should distribute to you,
    and the init key means which key you can distribute to the slave. */
    esp_ble_gap_set_security_param(ESP_BLE_SM_SET_INIT_KEY, &init_key, sizeof(uint8_t));
    esp_ble_gap_set_security_param(ESP_BLE_SM_SET_RSP_KEY, &rsp_key, sizeof(uint8_t));
  • GATTC:
c 复制代码
    /* set the security iocap & auth_req & key size & init key response key parameters to the stack*/
	
//	esp_ble_auth_req_t auth_req = ESP_LE_AUTH_NO_BOND;			//未启用绑定
//	esp_ble_auth_req_t auth_req = ESP_LE_AUTH_BOND;				//启用绑定
//	esp_ble_auth_req_t auth_req = ESP_LE_AUTH_REQ_MITM;			//开启MITM保护
//	esp_ble_auth_req_t auth_req = ESP_LE_AUTH_REQ_SC_ONLY;		//未启用绑定的安全连接
//	esp_ble_auth_req_t auth_req = ESP_LE_AUTH_REQ_SC_BOND;		//启用绑定后的安全连接
	esp_ble_auth_req_t auth_req = ESP_LE_AUTH_REQ_SC_MITM;		//使用MITM保护和未启用连接的安全连接
//	esp_ble_auth_req_t auth_req = ESP_LE_AUTH_REQ_SC_MITM_BOND;	//安全连接,启用MITM保护和连接
	
//  esp_ble_io_cap_t iocap = ESP_IO_CAP_NONE;           //NoInputNoOutput
	esp_ble_io_cap_t iocap = ESP_IO_CAP_KBDISP;			//Keyboard display
//	esp_ble_io_cap_t iocap = ESP_IO_CAP_IO;				//DisplayYesNo
//	esp_ble_io_cap_t iocap = ESP_IO_CAP_OUT;			//DisplayOnly
//	esp_ble_io_cap_t iocap = ESP_IO_CAP_IN;				//KeyboardOnly



    uint8_t key_size = 16;      //the key size should be 7~16 bytes
    //启动秘钥通过LTK方式加密
    uint8_t init_key = ESP_BLE_ENC_KEY_MASK | ESP_BLE_ID_KEY_MASK;
    //响应秘钥通过IRK方式加密
    uint8_t rsp_key = ESP_BLE_ENC_KEY_MASK | ESP_BLE_ID_KEY_MASK;
//    uint8_t oob_support = ESP_BLE_OOB_DISABLE;		//关闭OOB
	uint8_t oob_support = ESP_BLE_OOB_ENABLE;			//开启OOB

    esp_ble_gap_set_security_param(ESP_BLE_SM_AUTHEN_REQ_MODE, &auth_req, sizeof(uint8_t));
    esp_ble_gap_set_security_param(ESP_BLE_SM_IOCAP_MODE, &iocap, sizeof(uint8_t));
    esp_ble_gap_set_security_param(ESP_BLE_SM_MAX_KEY_SIZE, &key_size, sizeof(uint8_t));
    esp_ble_gap_set_security_param(ESP_BLE_SM_OOB_SUPPORT, &oob_support, sizeof(uint8_t));
    /* If your BLE device act as a Slave, the init_key means you hope which types of key of the master should distribute to you,
    and the response key means which key you can distribute to the Master;
    If your BLE device act as a master, the response key means you hope which types of key of the slave should distribute to you,
    and the init key means which key you can distribute to the slave. */
    esp_ble_gap_set_security_param(ESP_BLE_SM_SET_INIT_KEY, &init_key, sizeof(uint8_t));
    esp_ble_gap_set_security_param(ESP_BLE_SM_SET_RSP_KEY, &rsp_key, sizeof(uint8_t));
相关推荐
塔能物联运维12 小时前
物联网固件安全更新中的动态密钥绑定与验证机制
物联网
DreamLife☼13 小时前
Node-RED革命性实践:从智能家居网关到二次开发,全面重新定义可视化编程
mqtt·网关·低代码·智能家居·iot·1024程序员节·node-red
Despacito0o18 小时前
Keil MDK-ARM 5.42a 完整安装指南(2025.4.19最新版)
arm开发·stm32·单片机·嵌入式硬件·物联网·51单片机·嵌入式实时数据库
杭州泽沃电子科技有限公司20 小时前
烧结工序的“隐形守护者”:在线监测如何成为钢铁制造的关键支柱
物联网·安全·智能监测
TDengine (老段)1 天前
TDengine 数据函数 ROUND 用户手册
java·大数据·数据库·物联网·时序数据库·tdengine·1024程序员节
TDengine (老段)1 天前
TDengine 数学函数 RAND 用户手册
java·大数据·数据库·物联网·时序数据库·tdengine·涛思数据
小莞尔1 天前
【51单片机】【protues仿真】基于51单片机智能温控风扇系统
c语言·单片机·嵌入式硬件·物联网·51单片机·1024程序员节
GIS数据转换器1 天前
城市基础设施安全运行监管平台
大数据·运维·人工智能·物联网·安全·无人机·1024程序员节
搞科研的小刘选手1 天前
【云计算专题会议】第二届云计算与大数据国际学术会议(ICCBD 2025)
大数据·人工智能·物联网·5g·云计算·6g·智能通信
电子科技圈1 天前
芯科科技推出智能开发工具Simplicity Ecosystem软件开发套件开启物联网开发的新高度
mcu·物联网·设计模式·软件工程·软件构建·iot·1024程序员节