Bluetooth Security

RSSI

RSSI: received signal strength indication 信号强度

data rate

BR: basic rate

EDR: Enhance data rate

AMP: Alternate MAC/PHYs, 即HS高速连接

LE: Low Energy

device mode

discoverable mode: 设备周期性的监测是否有inquiry

connectable mode: 设备周期性的扫瞄是否有可用连接

inquiry

paging

advertising

Device Architecture

Host: GAP, SMP, ATT/GATT, SDP, L2CAP…

LE Controller: Link Manager/Controller (LLP)

BR/EDR Controller: Link Controller (LCP), Link Manager(LMP)

L2CAP: Logical Link Control and Adaptation Protocol

SDP: Service Discovery Protocol

topo

BR/EDR: 7 active slave devices, 255 inactive slave devices

LE: unlimited number of slaves ——扯。。。

security

主要考察：pairing, link key generation, authentication, confidentiality 信息

注意，蓝牙支持是设备层认证，而非用户层认证

设备双方pairing成功后，存储相关的shared secret keys，后续进入Bonding模式，复用这些keys，无需重复pairing。

BR/EDR/HS的安全指标：FIPS alg， MITM protection，user interaction during pairing, encryption

如果要求Device满足FIPS要求，则除Service Discovery场景之外，设备应在Secure Connections Only模式。

pairing & link key generation

pairing的核心是经过authentication，设备双方获得对称密钥（即LK/LTK)

LE: Long Term Key (LTK)

BR/EDR: Link Key (LK)

PIN/legacy Pairing

Legacy low energy pairing: 协商生成TK，基于TK+random生成 STK (Short Term Key)，使用STK distribute Slave/Master LTK，也就是key transport

PIN Pairing: 基于PIN码派生Link Key——与secure connection不同。

Low Energy Pairing: 没有ECDH，无法防eavesdropping；能抓包就能破（除了OOB）。

secure simple pairing

Low Energy secure connection: ECDH协商生成LTK，key agreement；可以抵御eavesdropping

4种连接模式： - Numeric Comparision（仅secure connection支持此模式）：用户查看两个互联的设备显示的6位digit是否一致；注意，digit仅参与认证，不参与密钥派生，digit无需保密——可以抵御eavesdropping；可以抵御MITM（用户确认） - Passkey Entry: 用户查看一个设备显示的digit，在另一个设备输入6位digit；注意，digit仅参与认证，不参与密钥派生，digit无需保密——可以抵御eavesdropping；可以抵御MITM（用户输入） - Just Works: 两个互联设备无显示、无输入，直接连接；底层处理与Numeric Comparision类似——无法抵御MITM - Out of Band (OOB): 通过NFC之类的外围设备，交换连接信息——可抵御MITM、eavesdropping

AMP Link Key

AMP LK从Bluetooth Link Key派生，HMAC-SHA256

device authentication

challenge-response模式，基于link key的机密性保证，challenge由verifier随机生成，由claimant提供证明

legacy authentication

e1 alg，基于link key， bd_addr, rand计算出SRES(32 bit), ACO(06 bit)

SRES用于校验

ACO用于后续派生加密key

seucure authentication

基于双向bd_addr, rand，结合link key计算SRES

注意两个方向的SRES不同

Master ACO用于后续派生加密key

confidentiality

mode 1: no encryption

mode 2: individual link keys 加密配对数据；广播数据不加密

mode 3: 所有数据用master link key加密

加密key记为K_c，注意协商key size要有漏洞的

E0 Encryption alg

基于link key，结合COF值派生K_c

COF: - Master Link Key的场景，取`Addr_M || Addr_S` - Individual Link Key的场景，取ACO

AES-CCM encryption alg

link key, BD_ADDR, btak（固定字串），ACO 派生AES KEY

fips alg

BR/EDR : P-256, HMAC-SHA256

LE: P-256, AES-CMAC

AES-CCM

LK & LTK

BR/EDR的 link key 可以与 LE的Long Term Key 相互派生,

结合设备双方的addr & random做派生，h6 aes-cmac-128

IRK ( Identity Resolving Key )

LE隐私feature支持，IRK用于map Resolvable Private Address (RPA) to an Identity Address

Identity Address: 随机固定地址，或者公共地址

开启RPA更新，即，周期性更换基于IRK+随机hash处理的地址

CSRK

没加密的数据流，可以用CSRK做一下MAC校验

LE legacy pairing: LTK/IRK/CSRK key transport

LE Secure Connection: LTK key agreement, IRK/CSRK key transport

Vulnerabilities

MITM protection (Just Work)

ECDH KEY太弱

passkey的随机性

降级攻击

蓝牙地址关联到个人

Link Key安全存储

Device Discoverable

Mitigation

security vs cost, performance, operational

security equipment, inconvenience, maintenance, operation

defense-in-depth

user authorize

application-level authentication/encryption

PKI, two-factor

不要太经常pairing