藍(lán)牙配對系列之Out of Band

在之前的藍(lán)牙配對系列博文中，提到了PassKey和Numeric Comparison等配對方法。今天我會(huì)介紹另外一種方法，即Out of Band，OOB。

OOB關(guān)聯(lián)模型適用于使用帶外（out of band）機(jī)制來發(fā)現(xiàn)設(shè)備、以及交換或傳送將在配對過程中使用的加密信息等場景。OOB對于開發(fā)者來說是一項(xiàng)靈活的選擇，能夠讓他們定義自己的配對機(jī)制，因此安全級(jí)別取決于帶外保護(hù)功能。今天就讓我們一起來深入探討吧！

1. 第1階段 - 配對特性交換

在我的博文《藍(lán)牙配對系列第四篇》中，有一個(gè)類似于表1的表格。這是配對請求/響應(yīng)（Pairing request/response）的框架結(jié)構(gòu)。在該表中，有一名為“OOB數(shù)據(jù)標(biāo)志”（OOB Data Flag）的字段，長度為1個(gè)字節(jié)。

Table 1， 配對請求/響應(yīng)

表1

關(guān)于“OOB數(shù)據(jù)標(biāo)志”的定義，請參考表2。

Table 2， OOB數(shù)據(jù)標(biāo)志位定義

表2

OOB數(shù)據(jù)標(biāo)志定義了用于指示OOB認(rèn)證數(shù)據(jù)是否可用的值。

2. 低功耗傳統(tǒng)配對

當(dāng)兩臺(tái)藍(lán)牙設(shè)備都使用低功耗傳統(tǒng)配對時(shí)，這一過程就很容易理解。有關(guān)傳統(tǒng)配對方法選用的詳細(xì)信息，請查看表3。我已經(jīng)在此表中對選用OOB的單元格進(jìn)行了黃色標(biāo)注, 這樣就一目了然：

如果使用OOB進(jìn)行配對，兩臺(tái)設(shè)備必須設(shè)置其OOB數(shù)據(jù)標(biāo)志;

如果其中一臺(tái)設(shè)備設(shè)置了OOB數(shù)據(jù)標(biāo)志，而另一臺(tái)設(shè)備未設(shè)置，則兩臺(tái)設(shè)備都需要檢查在表1中“AutheReq”字段中的MITM標(biāo)志（表1中綠色高亮部分）。如果其中任何一臺(tái)設(shè)備設(shè)置了MITM標(biāo)志，則可通過IO Capabilities與配對方法的映射來選擇配對方法。有關(guān)映射的詳細(xì)信息，請參閱藍(lán)牙5核心規(guī)格、第3卷、H部分、表2.8。

其他情況，則使用“直接連接（Just Works）”方法配對。

Table 3，OOB配對規(guī)則速查表

表3

Picture 1 OOB配對流程圖

圖1

在圖1中，高亮標(biāo)注的部分與《藍(lán)牙配對系列第三篇》傳統(tǒng)配對的PassKey相同。之后，兩臺(tái)設(shè)備的安全管理器（Security Manager）將：

首先，創(chuàng)建兩邊的隨機(jī)值Mrand和Srand。之后，帶外機(jī)制可用于交換信息，例如設(shè)備地址和128位臨時(shí)密鑰（TK）值，以助于設(shè)備發(fā)現(xiàn)。正如我在第三篇“傳統(tǒng)配對—PassKey”中所解釋的，TK值是由偽隨機(jī)數(shù)引擎產(chǎn)生的128位隨機(jī)數(shù)，引擎應(yīng)符合藍(lán)牙核心規(guī)格的要求。

第1步

通過公式c1計(jì)算Mconfirm和Sconfirm，對于任何加密工具箱，均可參閱藍(lán)牙5核心規(guī)格、第三卷、H部分、第2.2節(jié)。

第2步

交換Mconfirm、Sconfirm和Mrand。

第3步

響應(yīng)設(shè)備通過發(fā)起設(shè)備傳送的Mrand值來再次執(zhí)行Mconfirm的計(jì)算，來驗(yàn)證計(jì)算出的值與Mconfirm值是否一致。

如果響應(yīng)設(shè)備計(jì)算得出的Mconfirm值與發(fā)起設(shè)備發(fā)來的Mconfirm值不匹配，則配對過程會(huì)中止，響應(yīng)設(shè)備會(huì)發(fā)送原因代碼為“確認(rèn)值失?。–onfirm Value Failed）”的配對失敗指令。

如果響應(yīng)設(shè)備計(jì)算得出的Mconfirm值與發(fā)起設(shè)備發(fā)來的Mconfirm值相匹配，則響應(yīng)設(shè)備會(huì)向發(fā)起設(shè)備發(fā)送Srand。

發(fā)起設(shè)備通過響應(yīng)設(shè)備傳送的Srand值來再次執(zhí)行Sconfirm的計(jì)算，來驗(yàn)證計(jì)算出的值和Sconfirm值是否一致。

如果發(fā)起設(shè)備計(jì)算得出的Sconfirm值與響應(yīng)設(shè)備發(fā)來的Sconfirm值不匹配，則配對過程或被中止，發(fā)起設(shè)備會(huì)發(fā)送原因代碼為“確認(rèn)值失敗（Confirm Value Failed）”的配對失敗指令。

如果發(fā)起設(shè)備計(jì)算得出的Sconfirm值與響應(yīng)設(shè)備發(fā)來的Sconfirm值相匹配，則發(fā)起設(shè)備會(huì)計(jì)算出短期密鑰（Short Term Key，簡稱STK ），并通知控制器（Controller）啟用加密。

3. OOB的簡便之處

目前，低功耗藍(lán)牙已經(jīng)成為智能手機(jī)和平板電腦的標(biāo)準(zhǔn)配置。設(shè)備間采用藍(lán)牙進(jìn)行連接的方法也是多種多樣的 。在這些方法當(dāng)中，還有一種通過藍(lán)牙連接設(shè)備的常用方法就是使用NFC進(jìn)行“一鍵配對”。由于NFC的傳輸范圍非常有限，一些開發(fā)者在設(shè)備之間借助NFC確保兩臺(tái)設(shè)備正確地進(jìn)行配對。因此，NFC可以為OOB配對提供良好的通信接口。當(dāng)使用OOB進(jìn)行配對時(shí)，用戶的體驗(yàn)略有不同。例如，用戶的智能手機(jī)和手環(huán)兩臺(tái)設(shè)備都具有低功耗藍(lán)牙和NFC接口。用戶先讓兩臺(tái)設(shè)備相接觸，然后會(huì)看到配對選項(xiàng)。如果選擇“是”，則配對成功。所以這是一種一鍵式的體驗(yàn)，交換的信息在兩臺(tái)設(shè)備中都能使用，是不是超酷呢？