如何使用藍牙4.2保護隱私？

　　在我們的日常使用的無線通信設(shè)備當(dāng)中，都包含了MAC地址。MAC地址具有唯一性的特點，通常在網(wǎng)絡(luò)通信當(dāng)中，MAC地址作為設(shè)備符來采用。MAC地址大多是由設(shè)備的生產(chǎn)廠商來分配并且存儲在設(shè)備當(dāng)中。如果在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中有兩個設(shè)備具有相同的MAC地址，那么就會產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)通信的問題，所以設(shè)備的生產(chǎn)廠商在分配MAC地址的時候都非常小心，確保地址的唯一性。如果我們希望獲取設(shè)備的MAC地址也非常的簡單，當(dāng)我們打開智能手機或者是平板電腦，你可以非常簡單的在類似于“設(shè)備管理”的界面找到設(shè)備的MAC地址，而有些設(shè)備，比如說無線路由器，它們的MAC地址就打印在設(shè)備的背面。同時，我們還可以通過其他的方式來獲取設(shè)備的MAC地址。

　　我們可以試想一下，當(dāng)我們每天搭乘公共交通穿行了整個城市，當(dāng)我們在商場購物或是和朋友在餐廳聚餐的時候，你的智能手機可以幫助你付費、點單和導(dǎo)航。如果你的智能手機接入到網(wǎng)絡(luò)熱點當(dāng)中進行互聯(lián)網(wǎng)訪問的時候，它就可能會在這一系列的過程當(dāng)中來廣播其MAC地址。我們前面提到了MAC地址在網(wǎng)絡(luò)通信當(dāng)中的唯一性，你又是智能手機的使用者，那么這部智能手機的MAC地址從某一角度來講，就代表了你在無線通信過程當(dāng)中的身份認證。因此就存在這樣一種可能，一些懷有惡意的人通過一些其他的無線通信設(shè)備，可以獲取你的智能手機進行數(shù)據(jù)交互時的MAC地址并且記錄了MAC地址出現(xiàn)的日期、時間和相關(guān)的位置，那么你的行蹤就可以被監(jiān)控，如下圖所示。

　　使用藍牙技術(shù)，也可能面對上面的這種問題。因此在藍牙4.2核心規(guī)范當(dāng)中，對上述問題提出了一種解決方法。要了解這個解決的方法，首先要現(xiàn)從藍牙設(shè)備的地址說起。和其他的無線通信技術(shù)類似，藍牙設(shè)備也有自身的設(shè)備地址，我們在藍牙的核心規(guī)范當(dāng)中，通常稱其為BD_ADDR（Bluetooth Device Address），BD_ADDR將會在藍牙設(shè)備諸如連接和配對的過程當(dāng)中起到設(shè)備識別的作用。對于藍牙設(shè)備，可以使用公有地址（Public Device Address），也可以使用隨機地址（Random Device Address），但無論是使用公有地址，還是隨機地址，它們的地址長度都是48比特，也就是6個字節(jié)。

　　公有地址的構(gòu)成包含了兩個部分，一部分是公司識別碼（Company ID），其需要通過IEEE注冊機構(gòu)付費獲得，公司識別碼長度為24比特，處于48比特設(shè)備地址的高24比特；另外一部分是公司分配碼（Company Assigned ID），其長度也為24比特，處于48比特設(shè)備地址的低24bit，如下圖所示。

　　除了公有地址，藍牙設(shè)備也可以使用隨機地址進行相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)操作。藍牙的隨機地址有包含兩種：靜態(tài)地址（Static Device Address）和私有地址（PrivateDevice Address）。由于靜態(tài)地址和本文的主題—如何使用藍牙4.2保護隱私關(guān)系不大，這里我們重點介紹一下私有地址。在私有地址的定義當(dāng)中，又包含了兩個子類：不可解析私有地址（Non-resolvable Private Address）和可解析私有地址（Resolvable Private Address， RPA）。所謂不可解析的私有地址，就是藍牙設(shè)備地址在周期性的變化，并且這個地址無法被其他設(shè)備所解析，我們可以認為它就是一個隨機數(shù)。不可解析的私有地址可以保護用戶的隱私，因為不斷變化的設(shè)備地址使得任何設(shè)備都無法通過記錄藍牙設(shè)備地址的方式來對用戶進行跟蹤，但這樣的保護方式也意味著可信任的設(shè)備也無法這個藍牙設(shè)備的真實身份，因此我們著重介紹可解析的私有地址。如下圖所示，智能手機的設(shè)備地址在不斷的變化，因此即便是設(shè)備地址被獲取，也無法解析出設(shè)備的真實身份，除非具有某種解析密鑰。

　　可解析的私有地址意味著藍牙設(shè)備地址BD_ADDR在周期性的不斷變化，可以保護用戶的隱私不被跟蹤；同時由于其是可解析的，因此配對設(shè)備（Pair Device）可以通過這個私有地址解析出藍牙設(shè)備的真實身份。因此，我們要了解可解析的私有地址是如何產(chǎn)生的？

　　假設(shè)有兩個藍牙設(shè)備，分別是設(shè)備A和設(shè)備B，在兩個藍牙設(shè)備A、B建立連接之后，這兩個藍牙設(shè)備可以通過配對的方式交換各自的身份解析密鑰IRK（Identity Resolving Key， IRK），設(shè)備A的身份解析密鑰IRK-A，設(shè)備B的身份解析密鑰IRK-B。假設(shè)設(shè)備B采用了可解析的私有地址機制，那么設(shè)備B就需要周期性的產(chǎn)生可解析的私有地址。下圖是可解析隨機地址的結(jié)構(gòu)，其中可解析隨機地址的高兩個比特分別為0和1，作為可解析地址的標(biāo)識符。

　　當(dāng)設(shè)備B需要生成隨機地址的時候，其內(nèi)部會首先生成一個隨機數(shù)prand，基于prand隨機數(shù)，設(shè)備B需要利用哈希hash算法生成可解析隨機地址的另外一部分，hash。prand隨機數(shù)和哈希hash分別占用24比特，計算公式為：

　　哈希hash = ah（IRK-B， prand隨機數(shù)）

　　其中函數(shù)ah在藍牙4.2核心規(guī)范第3卷H部分2.2.2章節(jié)有詳細介紹，此處不再贅述。當(dāng)設(shè)備B具有了prand隨機數(shù)和基于prand隨機數(shù)生成的哈希hash之后，通過移位相與的方式，就可以生成可解析隨機地址RPA。

　　RPA= hash || prand

　　那么設(shè)備A該如何解析RPA呢？當(dāng)設(shè)備A收到一個藍牙設(shè)備地址BD_ADDR，并且這個地址的地址標(biāo)識符表明其是一個可解析隨機地址，設(shè)備A首先將這個地址拆分為prand隨機數(shù)和哈希hash。接下來其利用之前與設(shè)備B配對時獲取的IRK-B，通過函數(shù)ah來生成一個本地哈希localHash。

　　localHash = ah（IRK-B， prand）

　　如果生成的本地哈希localHash與拆分得到的哈希hash相等，說明這個地址是設(shè)備B所產(chǎn)生的可解析隨機地址；如果不等，代表解析失敗。設(shè)備A可以利用其獲取的其他設(shè)備的IRK對這個地址就行解析。下圖是一個地址解析的流程圖。

　　因此，對于可解析隨機地址的解析，我們可以認為它是一個窮舉的過程。任何設(shè)備在收到一個可解析隨機地址的時候，都會利用其本地所存儲的所有IRK對這個可解析隨機地址進行哈希比對，如果相符，解析過程終止，這個地址的真實身份可解析；如果所有的IRK都無法對這個地址進行解析，那么解析失敗。

　　通過上述的方法，藍牙設(shè)備可以通過采用可解析隨機地址的方式來對設(shè)備隱私進行保護，進而對設(shè)備使用者的隱私進行保護。采用了可解析隨機地址之后，藍牙設(shè)備的地址是周期性不斷變化的，所以即使通過其他方式獲取了藍牙設(shè)備的地址，也無法通過設(shè)備地址出現(xiàn)的時間和地址來對設(shè)備進行跟蹤。只有那些經(jīng)過配對過程完成了身份解析密鑰IRK交互的可信設(shè)備，才能對可解析隨機地址進行解析。