藍牙技術的安全性

1 概論
藍牙技術基于芯片，提供短距離范圍的無線跳頻通信。它有很低的電源要求，并且可以被嵌入到任何數(shù)字設備之中。具有藍牙芯片的數(shù)字設備，比如便攜計算機、手機、ＰＤＡ，可以通過藍牙移動網(wǎng)絡進行通信。幾年內(nèi)，藍牙將會出現(xiàn)在電視機、Ｈｉ－Ｆｉｓ、ＶＣＲ和微波爐等設備之中。
藍牙采用的無線跳頻技術使人們誤認為藍牙的安全機制已經(jīng)解決。可是實際上，無線跳頻技術對于竊聽者和截取者不是一個技術障礙。目前的藍牙芯片和設備并不具備數(shù)據(jù)的保密、數(shù)據(jù)的完整性和用戶身份認證等安全措施。
同其他無線通信網(wǎng)絡一樣，藍牙網(wǎng)絡也是一個開放的網(wǎng)絡。互聯(lián)網(wǎng)在設計之初，由于沒有考慮安全機制的設計，時至今日仍然面對著許多安全問題。第一代移動通信同樣沒有設計安全機制，致使第一代可移動通信設備可以被仿造和監(jiān)聽。第二代移動通信ＧＳＭ網(wǎng)絡雖然使用了加密算法對用戶進行鑒別，但是加密算法比較弱，已經(jīng)十分容易被破譯，在互聯(lián)網(wǎng)上就可以下載破譯軟件；對語音信號沒有有效的加密措施，不但手機上沒有加密措施，機站間也沒有加密措施。
目前，互聯(lián)網(wǎng)和第三代移動通信以及ＷＡＰ都采用ＰＫＩ技術及公開密鑰算法和對稱密鑰算法的混合使用來保證可鑒別性、數(shù)據(jù)完整性和保密性以及通信的不可否定性。
現(xiàn)在，藍牙技術在ＳＩＧ討論藍牙協(xié)議2.0版本的同時，工業(yè)界已實施藍牙協(xié)議的1.0版和1.0Ｂ版。目前，基于1.0Ｂ版的協(xié)議棧進入使用階段，各種藍牙設備業(yè)已面世或在研發(fā)之中。
藍牙技術在誕生之初，并沒有考慮其安全性的問題。雖然現(xiàn)在已提供128位的芯片號作為設備的鑒權號，可是它在通信中可以被篡改和冒用。
ＳＩＧ最近開始重視藍牙的安全問題，并且初步提出了藍牙安全的模式1、模式2和模式3。由于模式3的詳細安全方案仍在討論中，本文主要以模式2為基點討論藍牙的安全性。
2 藍牙的安全結構
藍牙技術已經(jīng)成為全球電信和電子技術發(fā)展的焦點。新開發(fā)的應用藍牙技術的產(chǎn)品也層出不窮。藍牙技術正在被廣泛地應用于計算機網(wǎng)絡、手機、ＰＤＡ和其他領域。 藍牙芯片是藍牙設備的基礎。西方國家已生產(chǎn)了基于不同技術（ＣＭＯＳ、絕緣體硅片等）的藍牙芯片。藍牙芯片的價格已在下降，在近兩年內(nèi)將達到人們普遍可以接受的水平。一個基于藍牙技術的移動網(wǎng)絡終端可以由藍牙芯片及所嵌入的硬件設備、藍牙的核心協(xié)議棧、藍牙的支持協(xié)議棧和應用層協(xié)議4部分組成。
一個基于藍牙技術的安全的移動網(wǎng)絡終端還包括安全管理系統(tǒng)。一個基于藍牙技術的安全的移動網(wǎng)絡終端的系統(tǒng)結構如圖1所示。

西方國家的公司有的在芯片上開發(fā)ＬＭＰ（鏈接管理協(xié)議），有的將ＬＭＰ固化在芯片之中。
3 協(xié)議棧和安全管理系統(tǒng)
國際標準規(guī)定了3種藍牙設備的安全模式：模式1，現(xiàn)有的大多數(shù)基于藍牙的設備，不采用信息安全管理和不執(zhí)行安全保護及處理；模式2，藍牙設備采用信息安全管理并執(zhí)行安全保護和處理，這種安全機制建立在Ｌ2ＣＡＰ中和它之上的協(xié)議中；模式3，藍牙設備采用信息安全管理和執(zhí)行安全保護及處理，這種安全機制建立在芯片中和ＬＭＰ（鏈接管理協(xié)議）。
鑒于藍牙芯片的現(xiàn)狀，采用模式3將需要對現(xiàn)有的藍牙芯片進行重新設計并且要增加和增強芯片的功能，不利于降低芯片價格。西方藍牙技術的生產(chǎn)商都在考慮采用模式2。
模式2的安全機制允許在不同的協(xié)議上增強安全性。Ｌ2ＣＡＰ可以增強藍牙安全性，ＲＦＣＯＭＭ可以增強藍牙設備撥號上網(wǎng)的安全性，ＯＢＥＸ可以增強傳輸和同步的安全性。
藍牙的安全機制支持鑒別和加密。鑒別和認證可以是雙向的，密鑰的建立是通過雙向的鏈接來實現(xiàn)的。鑒別和加密可以在物理鏈接中實現(xiàn)（例如，基帶級），也可以通過上層的協(xié)議來實現(xiàn)。
4 安全的技術實施
（1）ＤＨ方案
使用ＤＨ算法建立雙方加密信息所用的密鑰，其工作流程如下。
在第一次通信中，當通信狀態(tài)已經(jīng)確立后，發(fā)送方通過無線跳頻信號傳送Ａ給接收方。
Ａ＝ｇ＾ｘ ｍｏｄ ｐ 接收方在收到Ａ之后，發(fā)送Ｂ給發(fā)送方。
Ｂ＝ｇ＾ｙ ｍｏｄ ｐ 然后，發(fā)送方和接收方做以下計算：
ｋｅｙ＝ｇ＾ｘｙ ｍｏｄ ｐ 由于雙方都具有了ｋｅｙ，當雙方作進一步通信時，它們可以對發(fā)送文件或數(shù)據(jù)Ｍ作加密。 Ｃ＝ｋｅｙ(Ｍ) 接收方可以使用同樣的ｋｅｙ得到明文。
Ｍ＝ｋｅｙ(Ｃ)
ＤＨ方案有它的缺點，即主要是對用戶沒有作身份認證。
（2）ＲＳＡ方案
ＲＳＡ方案可以有效地解決用戶的身份認證和密鑰的確立，其工作流程如下。
Ａ和Ｂ是藍牙無線通信的使用者，Ａ和Ｂ在同一個ＣＡ（電子證書機構）拿到自己的電子證書，其中包括自己的公鑰和有效等。它們也擁有ＣＡ的證書。
Ａ和Ｂ通信時：
第一步，Ａ將自己的證書送給Ｂ，Ｂ驗證Ａ的證書。
第二步，確認Ａ的證書后，Ｂ將自己的證書送給Ａ。
第三步，Ａ確認Ｂ的證書后，用Ｂ的公鑰加密。一個用于數(shù)據(jù)加密的對稱密鑰，它的運算如下：
Ｃ＝（ｋｅｙ）ＰＢｍｏｄＮ
其中Ｎ＝ｐ．ｑ，ｐ和ｑ是兩個大的素數(shù)，Ｎ是模，Ｐ_Ｂ是公鑰。
第四步，Ｂ收到Ｃ之后，做以下運算：
ｋｅｙ＝ＣＲ_ＢｍｏｄＮ Ｒ_Ｂ是Ｂ的密鑰。
第五步，在第四步結束后，雙方都擁有ｋｅｙ，雙方的通信就可以用ｋｅｙ來加密Ｃ＝（Ｍ）ｋｅｙ，由于只有Ａ和Ｂ知道ｋｅｙ，所以加密后的Ｃ只有Ａ和Ｂ可以解密。
該協(xié)議棧和安全管理系統(tǒng)可以建立在任何基于ＲＦＣＯＭＭ的藍牙設備上。它的目標是建立一套安全的藍牙通信機制。
在鑒別和認證的過程中，以前的一些藍牙設備可以實現(xiàn)設備的鑒別。該例子可以實現(xiàn)對用戶身份的鑒別，它還有以下其他優(yōu)點。
1）不僅可以對設備認證，還可以對用戶的身份認證，防止冒用和偽造設備。在Ｌ2ＣＡＰ或ＲＦＣＯＭＭ中調(diào)用函數(shù)ＭＤＨ（ｅｌｅｍｅｎｔ，Ｒｏｏｔ，ｍｏｄｎｌｎ，ＶＡＲ1，ＶＡＲ2，ＶＡＲ）建立兩方共享的密鑰和實現(xiàn)對用戶的認證。
2）加密可靠和安全，加密方法靈活。加密功能可以由ＥＸＢＸ、ＲＦＣＯＭＭ或Ｌ2ＣＡＰ調(diào)用安全管理系統(tǒng)的ＥＡ（Ｄａｔｅ、Ｋｅｙ、ＶＡＲ1）實現(xiàn)，由ＣＡ（Ｄａｔｅ、Ｋｅｙ、ＶＡＲ1）實現(xiàn)解密。
3）數(shù)據(jù)的完整性。系統(tǒng)可以檢測干擾和傳輸信號的改變。在任何一級協(xié)議中，通過調(diào)用ＭＡＣ（Ｄａｔａ、Ｋｅｙ、ＶＡＲ1、ＶＡＲ2）可以發(fā)現(xiàn)無線信號所受到的干擾和改變。
5 結論
藍牙技術正在引起越來越廣泛的重視，在工業(yè)和家庭方面的應用也越來越多。它的安全性隨著它的應用將被使用者重視，設計和規(guī)劃藍牙的安全已成為刻不容緩的任務。本文的目的旨在拋磚引玉，引發(fā)業(yè)內(nèi)專家的討論和參考，將藍牙技術開發(fā)得更完善和更實用。