蓝牙配对之——低功耗传统配对，万能钥匙进入

　　在上一篇《蓝牙配对之——密钥生成方法》中，我们讨论了密钥的生成方法 – 如果发起设备和响应设备都满足一定的IO功能，它们就可以选择低功耗传统配对（Legacy Pairing）的Passkey Entry方法。

　　

　　在本文中，让我们继续深入了解如何借助Passkey Entry进行传统配对及其工作原理。

　　

　　图 1：通过Passkey Entry进入低功耗传统配对

　　1.临时密钥（TK） 和随机数生成

　　采用低功耗传统蓝牙配对时，两台设备都会生成临时密钥（Temporary Key，简称TK），进行配对。

　　如果发起设备或响应设备中的任何一台设备的IO具有显示功能，就会生成并显示任意一个位于 “000000”到“999999”之间的TK值。另一台设备应具有输入功能，如键盘，这样用户就能输入这一临时密钥值。

　　如果发起设备和响应设备的IO功能都不具备显示功能，但都是“仅有键盘（Keyboard Only）”，那么用户就需要确保发起设备和响应设备之间的临时密钥是相同的，这是Passkey Entry进入的一个特例。

　　下图是一台设备名为“Authentication”的设备想要与一台iOS设备配对时的场景，“Authentication”设备的输入界面上显示了临时密钥。之后，iOS设备就会跳出对话框，提示用户输入临时密钥值。

　　

　　图2：iOS设备的万能钥匙进入

　　输入临时密钥值之后，发起设备和响应设备应生成一个128位的临时数值，发起设备的叫做Mrand （“master random”），响应设备的叫做Srand （“slave random”）。

　　2.Mconfirm和Sconfirm

　　Mconfirm和Sconfirm是128位的确认值，可以通过确认值生成函数c1计算得出。这一函数的相关详情请参考蓝牙核心规格4.2版本，第4卷，H部分，第2.2.3章节

　　c1 函数的输入参数包括：

　　临时密钥（TK）

　　用于计算Mconfirm的Mrand，或用于计算Sconfirm的Srand

　　配对请求指令

　　配对响应指令

　　发起设备地址类型

　　发起设备地址

　　响应设备地址类型

　　响应设备地址

　　3.验证

　　Mconfirm和Sconfirm就绪之后，发起设备向响应设备发送Mconfirm。当响应设备收到Mconfirm后，就会向发起设备发送Sconfirm。发起设备收到Sconfirm后，就会向响应设备发送Mrand。

　　响应设备通过发起设备传送的Mrand值来再次执行Mconfirm的计算，来验证计算出的值和Mconfirm值是否一致。

　　如果响应设备计算得出的Mconfirm值与发起设备发来的Mconfirm值不匹配，则配对过程会中止，响应设备会发送原因代码为“确认值失败（Confirm Value Failed）”的配对失败指令。

　　如果响应设备计算得出的Mconfirm值与发起设备发来的Mconfirm值相匹配，则响应设备会向发起设备发送Srand。

　　发起设备通过响应设备传送的Srand值来再次执行Sconfirm的计算，来验证计算出的值和Sconfirm值是否一致。

　　如果发起设备计算得出的Sconfirm值与响应设备发来的Sconfirm值不匹配，则配对过程或被中止，发起设备会发送原因代码为“确认值失败（Confirm Value Failed）”的配对失败指令。

　　如果发起设备计算得出的Sconfirm值与响应设备发来的Sconfirm值相匹配，则发起设备会计算出短期密钥（Short Term Key，简称STK ），并通知控制器（Controller）启用加密。

　　4.短期密钥（STK）生成

　　短期密钥（STK）是通过密钥生成函数s1生成的，详情请参考：蓝牙核心规范4.2版本，第2卷，H部分，第2.2.4章节

　　对于s1 函数，输入参数包括：

　　临时密钥（TK）

　　Srand

　　Mrand

　　有了短期密钥（STK），配对设备就能建立加密连接了。

　　蓝牙配对系列第四篇中，我将继续为大家介绍低功耗安全配对的一种新的配对算法：数值比较（Numeric Comparison）。

　　作者：蓝牙亚太区技术项目经理 任凯