一连接

连接过程参考：
https://blog.csdn.net/iini01/article/details/80147232

二配对

区别于传统蓝牙的配对过程，BLE的配对过程发生在连接过程之后

配对是一个三阶段的过程。前两个阶段是必须的，第三阶段是可选的。

第一阶段：配对特征交换
第二阶段：短期秘钥（STK）生成
第三阶段: 传输特定秘钥分配

STK生成规则

Just work：没有加密 TK=0x00
passkey entry：密码输入如果 passkey 是 ‘019655’ TK的值就是0x00000000000000000000000000004CC7。
将输入的值作为一个6位数的十进制，转换成16字节的十六进制。
OOB：带外的TK值是一个16字节的随机数，通过非BLE的方式传递给对端。

2.1 第一阶段

设备首先在配对特征交换阶段交换IO能力来决定在第二阶段使用下面哪种方法：

JustWorks:只工作
PasskeyEntry：输入密码
OutOfBand（OOB）:带外

LE Legacy Pairing - Just Works
Just Works方式不能抵抗窃听者和中间人攻击，只有在配对过程时没有遭受攻击，后面加密的链路的数据传输才是可信的。安全级别很低。

LE Legacy Pairing - Passkey Entry
这种方式通过输入6位数字的方式来进行配对，生成STK。6位数是随机产生的在000000到999999之间的数值，这个数值相当于一个TK，比如远端显示这个数字，需要在本地端输入这个数字给本地设备与远端配对。如输入019655，那此时的临时Key–TK是：0x00000000000000000000000000004CC7。

Out of Band 带外
这种方式是通过BLE之外的，设备上的其他方式来获取这个OOB data，比如通过IR红外，或其余的方式，因此对于蓝牙窃听者/攻击者而言这个data的传输是不可见的了，因此会显得要安全些。

2.1.1 配对请求的数据格式

1. IO capabilities表明输入，输出的能力

输入是按键、键盘，输出是显示数字用的界面。

0x00 DisplayOnly 只能是显示000000 ~ 999999的数字
0x01 DisplayYesNo 显示Yes/No 的按钮
0x02 KeyboardOnly 只能是输入000000 ~ 999999的数字
0x03 NoinputNoOutput 没有输入也没有显示，只能用Just work工作方式
0x04 KeyboardDisplay 能输入000000 ~ 999999的数字和输出

2. OOB data flag

0x00 OOB 数据没有发送
0x01 OOB 数据通过远端设备发送（如IR）
0x02-0xFF 保留

3. 身份验证请求

Bonding_Flags b1b0 Bonding Type
- 00 No Bonding
- 01 Bonding
- 10 Reserved
- 11 Reserved
MITM

MITM域设置为1为请求MITM（中间人介入）保护，否则设置为0. 设备将标志设置为1为STK请求认证的安全属性。
选择Key生成的方法
如果auth Req中MITM没有，则说明不需要人参与中间，所以IO capabilities会被忽略，只用Just Works就OK了。
如果有OOB data，auth Req将可直接忽略，会直接选择OOB的方式了。

SC字段是一个1位标志，设置为1以请求LE安全连接配对，否则应根据发起方和响应方支持的功能将其设置为0，可能的结果配对机制为：如果两个设备均支持 LE安全连接，使用LE安全连接；否则，请使用LE旧式配对。

Keypress

keypress字段是一个1位标志，仅在Passkey Entry协议中使用，而在其他协议中将被忽略。当双方将该字段设置为1时，应使用SMP配对按键通知PDU生成并发送按键通知。

4. MaximumEncryptionKeySize

最大秘钥长度，7到16字节之间

5. InitiatorKeyDistribution

发起者的秘钥分配，该域表明秘钥初始化设备请求分配使用。

配对请求命令中的“生成”字段由主机使用，以请求发起者向响应者分发或生成哪些密钥。

6. ResponderKeyDistribution

响应者的秘钥分配，该字段表明秘钥初始化设备请求响应设备来分配秘钥分配使用。

2.1.2 配对请求实例

1. Code (1 octet)

0x01 Pairing Request

2. IO Capability (1 octet)

0x03 NoInputNoOutput: 用just work 认证方式

3. OOB data

0x00 OOB（out of band）
没有带外认证，带外这种方式是通过BLE之外的，设备上的其他方式来获取这个OOB data，比如通过IR红外，或其余的方式，因此对于蓝牙窃听者/攻击者而言这个data的传输是不可见的了，因此会显得要安全些。

4. AuthReq (1 octet)

AuthReq字段是一个位字段，指示STK和LTK以及GAP绑定信息的请求安全属性
0x01 :表示绑定

5. MaxEncKeySize

0x10 表示最大认证key大小是0x10个字节

6. InitiatorKeyDistribution

该域表明秘钥初始化设备请求分配秘钥分配使用。

7. ResponderKeyDistribution

001 该字段表明秘钥初始化设备请求响应设备来分配秘钥分配使用。

2.1.3 从设备向主设备向发送配对回复报文

具体字段含义参考配对请求报文。

2.2 第二阶段

2.2.1 配对确认

第一阶段的配对特征交换成功之后，用来启动STK生成。该命令被两个对等设备使用，来向对等设备发送确认值。初始化设备通过向响应设备发送配对确认命令启动STK生成。

报文格式

启动STK的生成，这一部分可简述为以下步骤的实现

Initiator生成128-bit随机数Mrand，并使用这个Mrand结合一些其他的输入，使用密码工具箱中c1计算出一个128-bit的Mconfirm值：

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

Responder也生成一个128-bit随机数Srand，并使用这个Srand结合一些其他的输入，使用密码工具箱中c1计算出一个128-bit的Sconfirm值：

Sconfirm = c1(TK, Srand,
Pairing Request command, Pairing Response command,
initiating device address type, initiating device address,
responding device address type, responding device address)

Initiator将其计算的Mconfirm值通过Pairing Confirm包发送给Responder，而Responder也将其计算的Sconfirm值通过Pairing Confirm包发送给Initiator；
Initiator收到Sconfirm后，再将Mrand值通过Pairing Random包发送给Responder；
Responder收到Mrand值后计算它的Mconfirm值，再跟前面那个Initiator送过来的Mconfirm值进行比较，若不同说明配对失败了。若相同，则Responder也会将它的Srand值通过Pairing Random包发送给Initiator；
而Initiator也会计算收到的Srand值的Sconfirm值，并跟前面那个Responder送过来的Sconfirm值进行比较，若不同说明配对失败了，若相同，继续。

报文实例

主设备向从设备发送配对确认报文，从设备也向主设备发送配对确认报文。

2.2.2 随机配对

该命令用来由初始化和响应设备发送，用来计算在配对确认命令中的确认值的随机数。

报文数据格式

报文实例

主设备向从设备发送配对随机值报文，从设备也向主设备发送配对随机值报文。

2.3 第三阶段

2.3.1 传输特定的密钥分发

所有的键和值都由主从设备分发。

要分发的密钥由配对请求和配对响应的密钥分发参数决定，
配对请求和配对响应来自第一阶段配对特征交换

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；
AddrType (1 octet)
如果BD_ADDR是公共设备地址，则AddrType应设置为0x00。
如果BD_ADDR是静态随机设备地址，则AddrType应设置为0x01。
BD_ADDR（6个八位字节）此字段设置为分发设备的公共设备地址或静态随机地址。
Connection Signature Resolving Key (CSRK)：用于对数据进行签名已经验证签名数据，128-bit；

2.3.2 特定key分发原因

密钥分发阶段的从设备将密钥发送给主设备，这样就可以对重新连接进行加密，并解析其随机地址。或者，主设备可以验证来自从设备的签名数据，主设备也可以向从设备提供密钥，这样，如果角色互换，可以对重连接进行加密，可以解析主设备的随机地址，或者从设备可以验证来自主设备的签名数据。

三绑定

就是将配对阶段产生的一系列key 保持到flash中，以便后续使用。

以上这个过程的报文交互如下图，

来源：CSDN

作者：黑刀夜

链接：https://blog.csdn.net/chengbaojin/article/details/103691046

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BLE蓝牙的连接和配对过程

一 连接

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