低功耗蓝牙加密和数据安全

Question

我需要通过智能手机（iOS 和 Android）和嵌入式设备（CC2540 芯片）之间的蓝牙低功耗 (BLE) 数据连接发送一些敏感数据。

由于我不认为手机上的应用程序代码不会被黑客入侵，因此我需要依靠 BLE 安全性将我的加密包从服务器传送到设备一次且一次（我必须假设任何第二次投递包裹的尝试都必须来自攻击者）。

我这几天一直在上网，想看看我的数据是否安全，以及在什么条件下。不幸的是，我无法为我的问题想出一个简单的答案。

1. 如果我将手机与设备配对，我的数据是否安全？ - 我想是的，虽然我知道配对过程本身存在缺陷，所以理论上一些中间人 (MITM) 可能会在配对过程中嗅探加密密钥，从而危及连接。

2. 我需要将每台设备与多部手机配对（但一次只能与一部手机通信）。 pr的最大配对数是多少？设备？ - 不幸的是，我需要将大量手机与我的设备配对。

3. 我能否从设备中获取配对数据（长期密钥等）并将其存储在一些外部存储器中，以增加此限制。

4. 我能否在不配对的情况下与设备建立安全的数据连接，或者在需要时重新配对？ - 这个程序对于 MITM 攻击有多安全？

我似乎找不到任何可以明确回答这些问题的文件。任何想法或指示都将受到欢迎。

Answer 1

这是我的两分钱：

1. AFAIK，BLE 配对/加密过程没有缺陷。然而，加密提供了三个级别的 MITM 保护：

   • 无，这使用已知密钥 == 0，因此如果窃听者在配对过程中捕获了您的所有数据包，他可以跟踪您的加密连接。
   • 低 MITM 保护，这是当您使用用户输入的密钥进行配对时，密钥
   • 高 MITM 保护，使用带外密钥。这将为您的加密提供完整的 128 位强度，即使捕获整个配对过程，窃听者也需要知道跟踪对话的密钥。由于 BLE 中没有密钥交换方法（至少是这样），因此这里最薄弱的一点是密钥分配，但这与在应用程序级别具有附加加密层时的问题相同。

2. 这取决于实现。您的设备不必绑定，即与主机建立永久关系。如果设备未绑定，则没有状态说明早期连接（交换数据除外，但那是应用程序域，而不是 BLE 堆栈）。如果设备未绑定，则它们必须在下次连接时再次配对以交换受保护的数据。如果设备已绑定，则无需应用程序/用户交互即可继续加密连接，并具有与之前相同的安全级别。对于一次性连接的设备，绑定没有意义，因此您可以拥有一个无状态的实现，对连接的设备数量没有限制。对于多次连接，您还可以有一个无状态的实现，这取决于您如何分发/存储密钥，然后独立于 BLE。不过，此处不同选项的可用性取决于您使用的设备/BLE 堆栈实现，但规范允许所有这些。

3. 如果您绑定并因此交换长期密钥等，这些可以根据您正在构建的 BLE 实现，以您喜欢的方式存储。

4. 正如我在 2. 中所说，您可以建立安全（加密）连接而无需绑定。然后，设备需要在下次想要建立安全连接时再次配对。如果您由于某种原因不想/不能配对，那么您只能进行明文通信。

Answer 2

我会试试这个。

1) 我对配对过程的理解是一样的。如果数据足够敏感，我会在我的应用程序中添加我自己的独立加密层......

2) 对于连接，BLE 协议仅限于每个设备同时使用一个主机，即使连接未绑定/配对。单个设备同时与多个主机建立连接的唯一方法是该设备以某种方式“假装”为多个设备。这是否可以完成将取决于硬件，这绝对不是使用设备的标准方法之一。即使您可以诱使硬件这样做，您也可能会遇到不可避免的问题，例如发生（几乎）重叠的连接间隔，这可能会导致您丢失数据甚至最终建立连接。

设备与多台主机通信的另一种方式是定期断开连接，让另一台主机建立连接。 AFAIK，这种技术没有特殊的协议支持，所以除了使用定向广告之外，您可能无法控制下一个连接的主机以及连接的时间。

另请参阅第 1 卷中的第 4.1.2 节，“Core_V4.0”蓝牙规范的 A 部分（例如，来自此处 https://www.bluetooth.org/docman/handlers/downloaddoc.ashx?doc_id=229737）

3) 很可能是的，细节会因供应商而异，但有上述限制。

4) 无需绑定/配对即可建立连接。该连接将允许通信，但它将是没有任何安全性的纯文本。 AFAICS，做到这一点的唯一方法是在应用程序级别使用您自己的数据保护。

Answer 3

我假设 CC2450 设备使用 TI 堆栈。关于 CC2540 堆栈行为的一个很好的文档在 CC2540 Development Kit User Guide 中。这可能是 bluetooth.org 的 4.0 规范之后最好的文档

1. 配对过程中使用的 6 位密码可能会阻止 MITM - 输入密码的时间为 30 秒。

2. TI 堆栈将配对设备的数量限制为 8 个左右。这是因为重新建立连接所需的 CPU 和加密性能/资源。

3. 将加密密钥移出 BT 设备会带来安全风险。总的来说，密钥管理是所有加密的致命弱点。

4. 如果没有绑定，您将无法获得加密的读/写特征。请参阅 TI 用户指南的 4.6.1 - 它符合蓝牙 4.0 规范。