1. 蓝牙配对
蓝牙配对是建立安全连接的关键过程。对于传统蓝牙应采用SSP配对方式，而低功耗蓝牙4.0和4.1的版本应使用legacy pairing配对方式，4.2以后的版本应采用Secure connection的配对方式。
传统的蓝牙采用的配对方式如下：
- 蓝牙2.1版本之前使用的Legacy pairing。该配对方式蓝牙双方采用输入固定pin Code来实现身份的认证，该方式目前已经不在使用。
- 蓝牙2.1版本提出了简单安全配对（Secure simple pairing）的方式。这种配对模式的提出主要目标是为了简化用户的配对过程，次要的目标是提高蓝牙无线技术的安全性。
蓝牙简单安全配对SSP的流程如下图所示：
低功耗蓝牙依据版本的不同，采用Secure Connection 和legacy pairing。
- 4.0和4.1 使用的也是Secure simple pairing。 后续版本称为BLE legacy pairing。
- 4.2之后的版本使用的是Secure Connection。
1.1 简单安全配对SSP
SSP生成密钥的流程如下图：
其中各个步骤如下:
- 蓝牙设备发现周围的其他蓝牙设备。
- 向目标蓝牙设备发起配对请求。
- 两个蓝牙设备交换自身设备的输入/输出能力（IO capabilities exchange）,例如是否支持显示和键盘输入等，该属性用于后续协商认证手段。
- 交换椭圆曲线的公钥。
- 依据公钥，生成身份认证码。 依据之前交换的设备IO能力，采用对应的身份认证方式。
- 身份认证成功后，通过ECDH key进行校验。
- 通过密钥加密通信链路。至此，蓝牙配对完成。
1.2 安全连接Secure Connection
Secure connection用于蓝牙4.2以及之后的版本。Secure connection的流程如下：
各个步骤详细内容如下：
- 蓝牙设备搜索附近蓝牙设备。
- 与目标蓝牙设备交换各自的IO能力，并依据设备的蓝牙版本，决定使用LE secure Connection还是Le Legacy pairing。
- 如果使用Le secure Connection则生成Long term key。
- 如果使用Le Legacy pairing，则生成Short tearm key。
- 将生成的key用于两个蓝牙设备的密钥分发，并依据之前的IO能力，进行鉴权。
- 鉴权完成后，配对完成。用密钥对整个蓝牙链路进行加密。
1.3 蓝牙鉴权
| 配对名称 | 描述 |
| Numeric Comparison | 配对双方都显示一个6位数字，由用户来核对数字是否一致，一致即可配对。 |
| Just works | 用于配对没有显示且没有输入的蓝牙设备，该设备接收到连接请求即可完成配对，用户看不到配对过程。这种设备常见蓝牙耳机。 |
| Passkey Entry | 要求配对目标输入一个在本地设备上显示的6位数字，输入正确即可配对。常见蓝牙键盘。 |
| Out of Band | 蓝牙设备之间通过其他的途径交换配对信息。常见NFC。 |
传统蓝牙和低功耗蓝牙同时支持以上四种鉴权模式。
蓝牙配对需要完成两个安全目标：
- 防止被动窃听（Passive eavesdropping）
- 防止主动窃听（active eavesdropping），中间人攻击是常见的攻击方式。
蓝牙的四种鉴权模式中，只有Just works模式无法防护中间人攻击。因此，该模式不建议使用在汽车蓝牙环境。
蓝牙在完成鉴权后，即可以使用生成的密钥对蓝牙通信信道进行加密。蓝牙的通信数据经过加密后可以在链路上进行安全传输。
2. 蓝牙协议栈安全应用
针对蓝牙协议栈漏洞，应通过升级安全的蓝牙固件、使用高版本蓝牙协议栈等方式解决。
White List
白名单就是一组蓝牙地址列表，通过设置白名单可以允许扫描、连接特定的蓝牙设备，以及被扫描、连接
LL Privacy
在白名单的基础上将设备地址进行加密，转变成Resolvable Private addresses
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本地Resolving List需要保存每一对BLE设备的key/address信息，格式为：Local IRK|Peer IRK|Peer Device Identity Address|Address Type
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LL Privacy机制在Controller中完成，即加解密操作对HCI上层是透明的
LL Encryption
数据发送和接收过程进行加解密
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加解密操作在Link Layer完成
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Host会保存至少1280bit的LTK（根密钥），启动加密传输时，LL会首先协商出一个128-bit的随机数SDK（Session Key Diversifier）和64-bit的iv，经过Encryption Engine和LTK生成此次通信的会话密钥SessionKey
SecurityManager
为BLE设备提供加密连接相关的key，包含以下规范：
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定义了配对（Pairing）的相关概念及过程
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定义了密码工具箱，包含配对、加密所需的各种算法
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定义了安全管理协议（Security Manager Protocol，SMP），实现配对、密码传输等操作
SMP规范中，配对的定义是，Master和Slave通过协商确定用于加密通信的key的过程，包含三个阶段：
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阶段一、Pairing Feature Exchange，交换双方配对相关的设置，如配对方法、鉴权方式等
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鉴权方式可以采用交换额外的信息（Out of band，OOB），或者弹窗引入人来判定，称为MITM鉴权，还有输入配对码进行对比（Passkey Entry/Numeric Comparison），或者不鉴权（Just Work）
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阶段二、通过SMP协议进行配对操作，有两种配对方案，LE Legacy Pairing和LE Secure Connections
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阶段三、协商好密钥key，建立加密连接，传输密钥信息（可选）
3. 蓝牙功能设计
蓝牙协议栈是各个蓝牙协议实现的载体。其本身提供蓝牙的各个功能。蓝牙协议栈功能在设计中，应依据具体的应用场景，增加或删除其功能。关闭不必要的功能，做到最小化功能需求。
蓝牙的基本功能依赖于其蓝牙协议栈所支持的服务。除了物理层与链路层协议是不可缺少的，蓝牙服务是由多个协议共同组成的。下表列出了多个常见的车载蓝牙协议的基本功能。
表2 常见蓝牙协议
| 蓝牙协议名称 | 蓝牙协议功能 |
| 基带协议 | 蓝牙跳频协议。用于控制物理层的功能 |
| HCI | 蓝牙控制器接口，用于上层协议与物理层之间的通信接口 |
| LMP | 蓝牙链路管理器。用于链路管理控制。 |
| L2CAP | 逻辑链路控制和适配层协议，为上层协议提供面向连接和无连接的数据服务。 |
| SDP | 服务发现协议，用于发现其他蓝牙设备所提供的服务。 |
| OBEX | 文件交换协议。 |
| AVRCP | 蓝牙音乐控制协议，用于控制蓝牙的播放、暂停、上一曲、下一曲等功能。 |
| A2DP | 蓝牙音频传输协议。 |
| HFP | 蓝牙语音通话控制协议，用于控制蓝牙电话。 |
| OPP | 蓝牙文件传输协议 |
| SMP | 用于蓝牙设备间的加密认证的协议 |
| PBAP | 蓝牙电话本传输协议 |
| GATT | 蓝牙低功耗通用属性配置协议 |
| Secure Manager | 蓝牙安全管理 |
4. 蓝牙功率要求
蓝牙是无线设备，其工作在2.4GHZ的全球公共频段。其采用跳频的方式与其他蓝牙设备进行通信。所以蓝牙硬件需要对其输出的功率有明确的要求。
蓝牙的功率分为三个级别。如下表所示。蓝牙硬件开发时，需要依据具体的需求，设置蓝牙的发射功率。
表3 蓝牙功率级别
| 功率等级名称 | 功率限制 | 覆盖距离 |
| Class1 | 0dBm – 20dBm | 100米 |
| Class2 | -6dBm – 4dBm | 10米 |
| Class3 | 小于0dBm | 1米 |
蓝牙发射的包类型如下表：
| 蓝牙发射包类型 | 调制方式 | 蓝牙模式 |
| DH1 | GFSK | BDR 传统蓝牙 |
| DH3 | GFSK | BDR 传统蓝牙 |
| DH5 | GFSK | BDR 传统蓝牙 |
| 2DH1 | 4-DQPSK | EDR 传统蓝牙 |
| 2DH3 | 4-DQPSK | EDR 传统蓝牙 |
| 2DH5 | 4-DQPSK | EDR 传统蓝牙 |
| 3DH1 | 8DPSK | EDR 传统蓝牙 |
| 3DH3 | 8DPSK | EDR 传统蓝牙 |
| 3DH5 | 8DPSK | EDR 传统蓝牙 |
| BLE_1M | GFSK | 低功耗蓝牙 |
| BLE_2M | GFSK | 低功耗蓝牙 |
