btstack移植之安全配对(二)

3.13.3 Legacy配对

首先,我们回复的paring response中,可以看到我们不支持secure connection,所以我们走的是legacy配对模式。

图3-74 secure连接不支持

然后,master在pairing confirm包中回复了confirm value。

图3-75 master发送confirm value

这个数值是master端生成一个随机数后,将这个随机数作为输入,通过c1算法算出来的,叫做Mconfirm,接下来我们本地也需要生成一个随机数,通过c1算一下,算出来一个Sconfirm发给对方。

图3-76 配对phase2基本完成

到这一步我们的Sconfirm已经发过去了,流程进行到了这里

图3-77 just works配对流程

接下来我们卡死在check for confirm value match这里。

图3-78 confirm value fail

需要研究下C1算法了。

BLE的C1算法是蓝牙传统配对(Legacy Pairing)中用于生成确认值(Mconfirm/Sconfirm)的核心函数,以计算Mconfirm为例:

Mconfirm = c1(TK, Mrand, Pairing Request command, Pairing Response command, initiating device address type, initiating device address, responding device address type, responding device address)

其输入参数如下:

‌C1算法输入参数‌

‌临时密钥(TK)‌

128位临时密钥,由配对双方通过Passkey Entry等方式协商生成(如用户输入的6位数字扩展为128位)‌。

‌随机数(Rand)‌

主设备生成的128位随机数 ‌Mrand‌ 或从设备生成的 ‌Srand‌‌13。

‌设备地址(BD_ADDR)‌

双方设备的MAC地址(Initiator Address)和从设备的MAC地址(Responder Address)‌23。‌

双方设备的地址类型

Public还是Random的

双方的配对命令

Pairing Request Command和Pairing Response Command

上面这些参数中,蓝牙地址、地址类型、随机数都是空中包明文传输的,只有临时秘钥Tk是不可知的,但是在Just Works的场景下,Tk是固定值0,这也是为什么Just Works是不放置中间人攻击的,适合于安全需求较低的场景。

我们现在出现的情况显然是,C1计算的值和对端不一致,需要对比一下C1算法的输入哪里出了问题。

图3-79 C1算法过程

这里展开说两句,C1算法需要调用两次AES-128算法,对于这个算法,一般蓝牙controller是支持硬件加速的,所以我们可以采用图中的方式,将明文通过HCI LE Encrypt Command发送给controller,由controller进行AES-128计算后,通过HCI event返回host, 来减轻HOST的负担。支持这个命令的前提是,蓝牙初始化的时候,当Host询问controller支持哪些命令的时候,controller得把对应的位置上。

图3-80 Read Local Supported Commands

在代码里,我们是使能的:

图3-81 支持LE ENCRYPT COMMAND

当然,btstack也支持在host来直接进行AES计算,只要打开USE_BTSTACK_AES128这个宏就可以了。

仔细检查上述变量的值,我们发现了问题所在:

图3-82 发现参数错误

再往前翻一下,很快找到了根源

图3-83 初始化返回给host的蓝牙地址就是反的

原因找到了,我们的蓝牙地址是01:23:45:67:89:ab,对方在计算C1的时候也是采用的这个蓝牙地址作为参数来进行计算,但是当我们本地进行计算的时候,选用的蓝牙地址的来源不是实际的蓝牙地址,而是这个从HCI Send Read BD ADDR Command所得到的蓝牙地址,导致错误。

看了一下CEVA的controller协议栈,果然针对这个命令回复是有bug的:

图3-84 ceva返回读蓝牙地址命令的问题

修改一下,按照网络字节序交换一下:

图3-85 修改read bd addr命令回复代码

这样之后,后续的配对过程就很顺畅了,最终的数据都是加密的:

图3-86 数据加密了

C1算法就像情侣默契测试:

输入:双方生日(设备地址)、恋爱宣言(配对指令)、测试题(随机数)

陷阱:地址字节序反了就像把生日8月5日记成5月8日

验证:硬件加密加速相当于找算命先生合八字

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