藍牙技術(shù)的安全性

1 概論 
    藍牙技術(shù)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(shè)備之中。具有藍牙芯片的數(shù)字設(shè)備，比如便攜計算機、手機、ＰＤＡ，可以通過藍牙移動網(wǎng)絡(luò)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(shè)備之中。 
    藍牙采用的無線跳頻技術(shù)使人們誤認(rèn)為藍牙的安全機制已經(jīng)解決。可是實際上，無線跳頻技術(shù)對于竊聽者和截取者不是一個技術(shù)障礙。目前的藍牙芯片和設(shè)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(rèn)證等安全措施。 
    同其他無線通信網(wǎng)絡(luò)一樣，藍牙網(wǎng)絡(luò)也是一個開放的網(wǎng)絡(luò)。互聯(lián)網(wǎng)在設(shè)計之初，由于沒有考慮安全機制的設(shè)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(shè)計安全機制，致使第一代可移動通信設(shè)備可以被仿造和監(jiān)聽。第二代移動通信ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)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(shù)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(shù)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(shè)備業(yè)已面世或在研發(fā)之中。
    藍牙技術(shù)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(shè)備的鑒權(quán)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(xì)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(jié)構(gòu) 
    藍牙技術(shù)已經(jīng)成為全球電信和電子技術(shù)發(fā)展的焦點。新開發(fā)的應(yīng)用藍牙技術(shù)的產(chǎn)品也層出不窮。藍牙技術(shù)正在被廣泛地應(yīng)用于計算機網(wǎng)絡(luò)、手機、ＰＤＡ和其他領(lǐng)域。 藍牙芯片是藍牙設(shè)備的基礎(chǔ)。西方國家已生產(chǎn)了基于不同技術(shù)（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(shù)的移動網(wǎng)絡(luò)終端可以由藍牙芯片及所嵌入的硬件設(shè)備、藍牙的核心協(xié)議棧、藍牙的支持協(xié)議棧和應(yīng)用層協(xié)議4部分組成。 
    一個基于藍牙技術(shù)的安全的移動網(wǎng)絡(luò)終端還包括安全管理系統(tǒng)。一個基于藍牙技術(shù)的安全的移動網(wǎng)絡(luò)終端的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了3種藍牙設(shè)備的安全模式：模式1，現(xiàn)有的大多數(shù)基于藍牙的設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shù)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(shè)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(rèn)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(shù)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(dāng)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(dāng)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(rèn)證。 
    （2）ＲＳＡ方案 
    ＲＳＡ方案可以有效地解決用戶的身份認(rèn)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(gòu)）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(rèn)Ａ的證書后，Ｂ將自己的證書送給Ａ。 
    第三步，Ａ確認(rèn)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(jié)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(shè)備上。它的目標(biāo)是建立一套安全的藍牙通信機制。 
    在鑒別和認(rèn)證的過程中，以前的一些藍牙設(shè)備可以實現(xiàn)設(shè)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(shè)備認(rèn)證，還可以對用戶的身份認(rèn)證，防止冒用和偽造設(shè)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(rèn)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(jié)論
    藍牙技術(shù)正在引起越來越廣泛的重視，在工業(yè)和家庭方面的應(yīng)用也越來越多。它的安全性隨著它的應(yīng)用將被使用者重視，設(shè)計和規(guī)劃藍牙的安全已成為刻不容緩的任務(wù)。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(shù)開發(fā)得更完善和更實用。