BLE ======================================== 简介 ---------------------------------------- 蓝牙低功耗（Bluetooth Low Energy，BLE），是对经典蓝牙BR/EDR技术的补充，多用于小数据率、离散传输的应用。虽然BLE和经典蓝牙都是蓝牙标准，但是BLE并不兼容经典蓝牙BR/EDR。相比于经典蓝牙，它具有覆盖范围更广，安全性更高，功耗低等特点。 架构 ---------------------------------------- 物理层 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 蓝牙物理层（RF层），包括BR/EDR、LE以及AMP三种，主要负责在物理channel上收发蓝牙packet。对BR/EDR和LE RF来说，还会接收来自Baseband的控制命令来控制RF频率的选择和timing。而AMP PHY，则是使用802.11（WIFI）的规范。 基带 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Link Controller和Basebandresource management组成了蓝牙的基带（baseband）。Link Controller负责链路控制，主要是根据当前物理channel的参数、逻辑channel的参数、逻辑transport的参数将数据payload组装成bluetoothpacket。另外，通过LinkControl Protocol（对LE来说是LL LayerProtocol），可以实现流控、ack、重传等机制。Baseband resourcemanagement，主要用于管理RF资源。 Link Manager ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Link Manager主要负责创建、修改、释放蓝牙逻辑连接（Logical Link），同时也负责维护蓝牙设备之间物理连接（Physical Link）的参数。它的功能主要是通过Link Management Protocol（LMP，for BR/EDR）和Link Layer Protocol（LL，for LE）完成。 Device Manager ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Device Manager主要负责控制蓝牙设备的通用行为（蓝牙数据传输除外的行为）,包括：搜索附近的蓝牙设备，连接到其他的蓝牙设备。 HCI ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 蓝牙系统分为Bluetooth Controller和Bluetooth Host两个大的模块，它们之间通过HCI（Host Controller Interface）接口以HCI协议进行通信。 L2CAP ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ L2CAP位于Bluetooth Host中，包括两个子模块：Channel Manager主要负责创建、管理、释放L2CAP channel。L2CAP Resource Manager负责统一管理、调度L2CAP channel上传递的PDU（Packet Data Unit），以确保那些高QoS的packet可以获得对物理信道的控制权。 SMP ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ SMP（Security Manager Protocol）是一个点对点的协议，基于专用的L2CAP channel，用于生成加密（encryption）和识别（identity）用的密匙（keys）。 SDP ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ SDP（Service Discover Protocol）也是一个点对点的协议，基于专用的L2CAP channel，用于发现其它蓝牙设备能提供哪些profile以及这些profile有何特性。在了解清楚了其他蓝牙设备的profile以及特性之后，本蓝牙设备可以发起对自己感兴趣的蓝牙profile的连接动作。 AMP Manager ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 基于L2CAP channel，和对端的AMP manager交互，用于发现对方是否具备AMP功能，以及收集用于建立AMP物理链路的信息。 GAP ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ GAP（Generic Access Profile）是一个基础的蓝牙profile，用于提供蓝牙设备的通用访问功能，包括设备发现、连接、鉴权、服务发现等等。 GAP 是所有其它应用模型的基础，它定义了在 Bluetooth 设备间建立基带链路的通用方法。还定义了一些通用的操作，这些操作可供引用 GAP 的应用模型以及实施多个应用模型的设备使用。GAP 确保了两个 蓝牙设备（不管制造商和应用程序）可以通过 Bluetooth 技术交换信息，以发现彼此支持的应用程序。 工作流程 ---------------------------------------- - 蓝牙启动 - 扫描设备 - 设备配对 - 数据传输 设备配对 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - 生成初始密钥 - 初始密钥Kinit长度为128bit, 由E22算法生成 - 首先提出通信的设备为主设备(Master)，用A表示 - 被动通信的设备为从设备(Slave)，用B表示 - E22算法的输入 - 从设备的物理地址(BD_ADDR) - PIN码及其长度 - 128 bit的随机数(IN_RAND)，由A产生，并明文传输给B - 生成链路密钥 - A产生128位的随机数LK_RANDA，B产生随机数LK_RANDB - Kinit与LK_RANDA，发送给B - Kinit与LK_RANDB，发送给A - 用E21加密LK_RANDA、LK_RANDB、BD_ADDRA、BD_ADDRB，结果异或得到Kab - 双方认证 - 使用挑战-应答 - A为应答，B为请求 - A产生128 bit的随机数AU_RANDA，明文传输至B - A、B使用AU_RANDA、Kab、BD_ANDRB加密运算生成32位的SRESA和SRESB - B将SRESB传给A，A比较SRESA和SRESB，相同则通过 协议栈 ---------------------------------------- Physical Layer ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 蓝牙使用2.4GHz频道，自适应跳频 Link Layer ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - 控制设备的射频状态 - Standby - Advertising - Scanning - Initiating - Connection HCI ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - 主机控制接口层 - Host和Controller的通信协议 - 软硬件接口 Generic Access Profile (GAP) ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - 控制设备连接和广播 - role - Broadcaster：设备发送Advertising Events - Observer: 设备在接受Advertising Events - Peripheral：设备接受Link Layer连接 - Central: 设备发起Link Layer连接 - 通信模式 - Broadcast Mode and Observation Procedure: 单向无连接通信 - Discovery modes and procedure: 设备发现 - Connection modes and procedure: 设备连接 - Bonding modes and procedure: 设备配对 - Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP Protocol) - Security Manager (SM) - 配对 - 认证 - 加密 - Attribute Protocol (ATT) - Generic Attribute Profile (GATT) - 接受和处理主从设备的指令信息，并打包成合适的profile - Services - 将数据分为独立逻辑项，包含一个或多个Characteristic - 每个Service有一个UUID标识 - Characteristic - 最小的逻辑数据单元 攻击 ---------------------------------------- MITM ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ B修改自身为A的地址，以A的身份和C通信 B修改自身为C的地址，以C的身份和A通信 离线PIN码 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 暴力攻击PIN码 中继攻击 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 以中继的方式放大蓝牙信号 DoS ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 发起大量的鉴权/文件传送等请求，使设备不能正常工作 分析工具 ---------------------------------------- 嗅探工具 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - cc2540 / cc2541 - 只能监听一个信道 - 低价替补方案 - MRF51822 - 数据包捕获不稳定 - Frontline BPA 600 - Ellsys BEX400 - Ubertooth - 支持有限 - HackRF - 针对蓝牙，使用复杂 扫描器 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - bleah - bluelog - btCrawler - Kismet - BLE Sniffer - Blue Scanner 攻击 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - BtleJuice - Blueranger - Bluebugging - Peripheral hijacking 模拟器 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - hackmelock 手机端 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - Bluez - LightBlue - nRF Connect - Ramble - hackmelock 安全问题 ---------------------------------------- 基础 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - 配置管理 - 身份鉴别 - 认证授权 - 会话管理 - 输入验证 - 错误处理 业务安全 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - 账户管理 - 云端密码下发 - 远程开门 - 开锁记录 网络传输 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - 明文传输 - 加密漏洞 - 数据包逆向 - OTA固件拦截 蓝牙通信 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - 协议分析 - 明文传输 - 信号重放 - 信号拦截 - 操作指令 参考链接 ---------------------------------------- - `BLE安全现状与挑战 `_