蓝牙安全机制在密码学上的应用
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
》 》 》 软律 界
蓝 牙 安全 机 制在 密 码 学上 的应 用
高建 明 浙江越 秀外 国语学 院
【 摘 要 】分析 了蓝牙加密机制中的加 密算法，包括这些算法的背景、原理以及工作流程 ，探讨 了 蓝牙认证、蓝牙安全配对协议的应用、蓝牙安全技术在Ｐ Ｉ Ｎ 码
破译攻击等蓝牙安全机制在 密码学上的应用。
Ｓ Ａ Ｆ Ｅ Ｒ ＋ ， 己 为Ｓ Ａ Ｆ Ｅ Ｒ ＋ Ｋ 一 １ ２ ８ 。
给 出新 的 Ｙ ， 这 样 做 的 目 的 是 使 得 修 改 后 的算法 不可 逆 。 Ｙ ［ ２ ｊ 一 ２ ］ ＋ 一 Ｙ ［ ２ ｊ 一 ２ ］ ０Ｙ ． ［ ２ ｊ 一 ２ ］
【 关键 词 】加 密பைடு நூலகம்算法 ；ＡＦ ＥＲ ＋；认 证 协议
蓝 牙 是 用 在 无 线 网 络 ， 表 示 不 同 的 无 线 通 信 设 备 在 不 同 的 操 作 平 台 上 能 进 行 无 线 通 信 的 技 术 。 蓝 牙 技 术 允 许 不 同 厂 家 生 产 的 无 限 装 置 在 不 同 的 操 作 系 统 Ｆ进 行 通 信 ， 其 技 术 特 点 是 能 耗 低 ， 计 算 量 小 ， 适 合 简 单 、 小 型 的 通 信 装 置 。 如 今 许 多 便 捷 式 设备 都 有蓝 牙 功能 ．如 Ｐ Ｄ Ａ 、手 提 电脑 、 手 机 及 各 式 嵌 入 式 系 统 等 。 由 于 受 计 算 能 力 的 限 制 ， 蓝 牙 密 码 技 术 只 能 使 用 不 需 要 许 多计 算 资源 密码 算法 。 １ 蓝 牙 加 密 算 法 运 行 机 制 蓝 牙是 在 Ｐ Ｉ Ｃ Ｏ 网 上 实 现 的 一 个 自 组 织 和 自 配 置 的 动 态 无 线 网 ， 它 允 许 新 设 备 动 态 加 入 和 动 态 离开 网 内设 备 ，同 时不 需要 使 用 固定 的 通 信 设施 和 无 线 网 切 入 点 。一 个Ｐ Ｉ Ｃ Ｏ 网 一 般 可 以支 持 ８ 个 通信 设 备使用 在 同一 个 频 道通 信 ，Ｐ Ｉ Ｃ Ｏ 网 内 所 有 的 设 备 是 对 等 的 ，可直 接进 行通 信 。 蓝牙 使用Ｓ Ａ Ｆ ＥＲ ＋ 分 组 加 密 算 法 认 证 设备 ，Ｓ Ａ Ｆ Ｅ Ｒ ＋ 即Ｓ Ａ Ｆ Ｅ Ｒ 的 改 进版 。Ｓ Ａ Ｆ Ｅ Ｒ 是 “ 安 全 与 快 速 加 密 程 序 ” 的 缩 写 ， 它 是 由 Ｊ Ａ Ｍ Ｅ Ｓ Ｌ ． Ｍ Ａ Ｓ Ｓ Ｅ Ｙ 于１ ９ ９ ３ 年 设计 的 ，Ｓ Ａ Ｆ Ｅ Ｒ 是 Ｆ Ｅ Ｉ Ｓ Ｔ Ｅ Ｌ 密 码 体 系 的 一 种 具 体 实 施 ，其 分 组大 小为 ６ ４ 比特 ，而且 同Ａ Ｅ ｓ 一样 允许 三种 长 度 的密 钥 ， 分别 为 ２ ５ ６ 比特 、 １ ９ ２ 比 特 和 １ ２ ８比 特 。 蓝 牙 使 用 密 钥 长 度 为 １ ２ ８ 比 特 的
有 配 对 和 认证 通 信 ， 攻 击 者 Ｊ ． 以 用 蛮 力 攻 击 用 Ｆ列 方 法 破 译 蓝 牙 设 备 Ｐ Ｉ Ｎ 码 。 首 先 攻击者穷举所有２ 可 能 的Ｐ ｉ Ｎ 码 ， 对 每 个 Ｖ 。 ［ ２ ｊ １ ］ 一Ｖ 【 ２ ｊ １ ］ ０ｙ ． ［ ２ ｊ 一 １ Ｊ 被 枚 举 的Ｐ Ｉ Ｎ 码 ， 记为 Ｐ Ｉ Ｎ 。 攻 击 者 从 第 记Ａ 表示 ｓ Ａ Ｆ Ｅ Ｒ ＋ 加 密 算法 ，Ａ 表 示 修 条 信 息 中获 得 Ｉ Ｎ Ｒ Ａ Ｎ Ｄ 及 设 备Ｄ 。 的 地 址 改 后 的Ｓ Ａ Ｆ Ｅ Ｒ ＋ ） Ｊ Ｎ 密算 法 Ｂ Ｄ Ａ Ｄ Ｄ Ｒ ，计 算该初 始密 钥 的候选 者 ： 令Ｋ 为１ ６ 字 节 长 的 密 钥 ， ｐ为 ｌ ６ 字 节 二 Ｋ’ ＝ Ｅ （ Ｐ Ｉ Ｎ’ ， Ｉ Ｎ Ｒ Ａ Ｎ Ｄ ， Ｂ Ｄ Ａ Ｄ Ｄ Ｒ 。 ） 元 字 符 串 ， ａ为 ６ 字 节地 址 ，定 义Ｔ 如 Ｆ： 然 后 攻 击 者 用 Ｋ’ ． 、 分 别 与 第 ２ 条 信 息 Ｔ［ ｏ ］ ＝ Ｋ［ ｏ ］ ０。 ２ ３ ３ ， Ｔ［ １ ］ ＝ Ｋ［ １ ］ ０２ ２ ９ 和第３ 条信 息做 异或 加运 算 ，得 Ｉ 』 Ｋ Ｒ Ａ Ｎ Ｄ ’． Ｔ［ ２ ］ ： Ｋ ［ ２ ］ ０ ２ ３ ３ ，Ｔ［ ３ ］ ＝ Ｋ ［ ３ ］ ０１ ９ ３ 及Ｌ Ｋ Ｒ Ａ Ｎ Ｄ’ 。 ， 然 后 讨 算 链 接 密 钥 的 候 用扩 张 函数 Ｅ 将 ａ循 环 扩 张 成 ｌ ６ 字 节 长 选 者 Ｋ’ 。 ＝ Ｅ（ ＬＫ Ｒ Ａ Ｎ Ｄ’ ， Ｂ Ｄ ＡＤ Ｄ Ｒ ） ０ 的二 元字 符 串，定 义 女 『 】 下： Ｅ（ Ｌ Ｋ Ｒ Ａ Ｎ Ｄ’ ， Ｂ Ｄ￣ ， Ｄ Ｄ Ｒ ） 。 攻 击 者 用 Ｋ’ Ｅ （ ｄ） ＝Ｑ ＩⅡ ｌ ｌ ０［ ０： ３ ］ 和最 后 的 ４ 条 信 息 可 以验 证 其 Ｐ Ｉ Ｎ ’ 是否 真 Ｅ １ 将ｒ 、Ｋ 和 。作 为 输 入 ， 其 输 出 为 一 个 是 设 备 Ｄ 和Ｄ 使 用 的Ｐ Ｉ Ｎ 码 。具 体 做 法是 从 １ ６ 字节 的二元字符 串，定义如下 ： 第４ 条 信 息 获 取Ａ Ｕ ｔ ￣ Ａ Ｎ Ｄ 。 。 然 后 用 Ｋ’ 和
一
一
Ｅ １ （ Ｋ ， ｐ， Ｑ） ＝ Ａ ’ （ Ｔ ， ［ Ａ （ Ｋ ， ｐ ） ０ｐ］ 蛾Ｅ （ ｑ） ３ 蓝 牙 安 全 机 制 在 密 码 学 上 的 应 用 ３ ． １ 蓝 牙 认 证 每 台蓝牙设备都有 一个Ｌ 字 节 长 度 的 Ｐ Ｉ Ｎ 码 ，其 中ｌ ≤Ｌ ≤ｌ ６ 。 即为 蓝牙 设 备Ｄ 和 Ｄ 建 立 安 全 配 对 ，其 中Ｄ 为通信发起者 ， 双 方 必 须 具 有 相 同 的Ｐ Ｉ Ｎ 码 ， 它 可 以预 先 存 在 设备 中或 由用 户输 入 得 到 。 另 外 ，每
蓝 牙 安全 机 制在 密 码 学上 的应 用
高建 明 浙江越 秀外 国语学 院
【 摘 要 】分析 了蓝牙加密机制中的加 密算法，包括这些算法的背景、原理以及工作流程 ，探讨 了 蓝牙认证、蓝牙安全配对协议的应用、蓝牙安全技术在Ｐ Ｉ Ｎ 码
破译攻击等蓝牙安全机制在 密码学上的应用。
Ｓ Ａ Ｆ Ｅ Ｒ ＋ ， 己 为Ｓ Ａ Ｆ Ｅ Ｒ ＋ Ｋ 一 １ ２ ８ 。
给 出新 的 Ｙ ， 这 样 做 的 目 的 是 使 得 修 改 后 的算法 不可 逆 。 Ｙ ［ ２ ｊ 一 ２ ］ ＋ 一 Ｙ ［ ２ ｊ 一 ２ ］ ０Ｙ ． ［ ２ ｊ 一 ２ ］
【 关键 词 】加 密பைடு நூலகம்算法 ；ＡＦ ＥＲ ＋；认 证 协议
蓝 牙 是 用 在 无 线 网 络 ， 表 示 不 同 的 无 线 通 信 设 备 在 不 同 的 操 作 平 台 上 能 进 行 无 线 通 信 的 技 术 。 蓝 牙 技 术 允 许 不 同 厂 家 生 产 的 无 限 装 置 在 不 同 的 操 作 系 统 Ｆ进 行 通 信 ， 其 技 术 特 点 是 能 耗 低 ， 计 算 量 小 ， 适 合 简 单 、 小 型 的 通 信 装 置 。 如 今 许 多 便 捷 式 设备 都 有蓝 牙 功能 ．如 Ｐ Ｄ Ａ 、手 提 电脑 、 手 机 及 各 式 嵌 入 式 系 统 等 。 由 于 受 计 算 能 力 的 限 制 ， 蓝 牙 密 码 技 术 只 能 使 用 不 需 要 许 多计 算 资源 密码 算法 。 １ 蓝 牙 加 密 算 法 运 行 机 制 蓝 牙是 在 Ｐ Ｉ Ｃ Ｏ 网 上 实 现 的 一 个 自 组 织 和 自 配 置 的 动 态 无 线 网 ， 它 允 许 新 设 备 动 态 加 入 和 动 态 离开 网 内设 备 ，同 时不 需要 使 用 固定 的 通 信 设施 和 无 线 网 切 入 点 。一 个Ｐ Ｉ Ｃ Ｏ 网 一 般 可 以支 持 ８ 个 通信 设 备使用 在 同一 个 频 道通 信 ，Ｐ Ｉ Ｃ Ｏ 网 内 所 有 的 设 备 是 对 等 的 ，可直 接进 行通 信 。 蓝牙 使用Ｓ Ａ Ｆ ＥＲ ＋ 分 组 加 密 算 法 认 证 设备 ，Ｓ Ａ Ｆ Ｅ Ｒ ＋ 即Ｓ Ａ Ｆ Ｅ Ｒ 的 改 进版 。Ｓ Ａ Ｆ Ｅ Ｒ 是 “ 安 全 与 快 速 加 密 程 序 ” 的 缩 写 ， 它 是 由 Ｊ Ａ Ｍ Ｅ Ｓ Ｌ ． Ｍ Ａ Ｓ Ｓ Ｅ Ｙ 于１ ９ ９ ３ 年 设计 的 ，Ｓ Ａ Ｆ Ｅ Ｒ 是 Ｆ Ｅ Ｉ Ｓ Ｔ Ｅ Ｌ 密 码 体 系 的 一 种 具 体 实 施 ，其 分 组大 小为 ６ ４ 比特 ，而且 同Ａ Ｅ ｓ 一样 允许 三种 长 度 的密 钥 ， 分别 为 ２ ５ ６ 比特 、 １ ９ ２ 比 特 和 １ ２ ８比 特 。 蓝 牙 使 用 密 钥 长 度 为 １ ２ ８ 比 特 的
有 配 对 和 认证 通 信 ， 攻 击 者 Ｊ ． 以 用 蛮 力 攻 击 用 Ｆ列 方 法 破 译 蓝 牙 设 备 Ｐ Ｉ Ｎ 码 。 首 先 攻击者穷举所有２ 可 能 的Ｐ ｉ Ｎ 码 ， 对 每 个 Ｖ 。 ［ ２ ｊ １ ］ 一Ｖ 【 ２ ｊ １ ］ ０ｙ ． ［ ２ ｊ 一 １ Ｊ 被 枚 举 的Ｐ Ｉ Ｎ 码 ， 记为 Ｐ Ｉ Ｎ 。 攻 击 者 从 第 记Ａ 表示 ｓ Ａ Ｆ Ｅ Ｒ ＋ 加 密 算法 ，Ａ 表 示 修 条 信 息 中获 得 Ｉ Ｎ Ｒ Ａ Ｎ Ｄ 及 设 备Ｄ 。 的 地 址 改 后 的Ｓ Ａ Ｆ Ｅ Ｒ ＋ ） Ｊ Ｎ 密算 法 Ｂ Ｄ Ａ Ｄ Ｄ Ｒ ，计 算该初 始密 钥 的候选 者 ： 令Ｋ 为１ ６ 字 节 长 的 密 钥 ， ｐ为 ｌ ６ 字 节 二 Ｋ’ ＝ Ｅ （ Ｐ Ｉ Ｎ’ ， Ｉ Ｎ Ｒ Ａ Ｎ Ｄ ， Ｂ Ｄ Ａ Ｄ Ｄ Ｒ 。 ） 元 字 符 串 ， ａ为 ６ 字 节地 址 ，定 义Ｔ 如 Ｆ： 然 后 攻 击 者 用 Ｋ’ ． 、 分 别 与 第 ２ 条 信 息 Ｔ［ ｏ ］ ＝ Ｋ［ ｏ ］ ０。 ２ ３ ３ ， Ｔ［ １ ］ ＝ Ｋ［ １ ］ ０２ ２ ９ 和第３ 条信 息做 异或 加运 算 ，得 Ｉ 』 Ｋ Ｒ Ａ Ｎ Ｄ ’． Ｔ［ ２ ］ ： Ｋ ［ ２ ］ ０ ２ ３ ３ ，Ｔ［ ３ ］ ＝ Ｋ ［ ３ ］ ０１ ９ ３ 及Ｌ Ｋ Ｒ Ａ Ｎ Ｄ’ 。 ， 然 后 讨 算 链 接 密 钥 的 候 用扩 张 函数 Ｅ 将 ａ循 环 扩 张 成 ｌ ６ 字 节 长 选 者 Ｋ’ 。 ＝ Ｅ（ ＬＫ Ｒ Ａ Ｎ Ｄ’ ， Ｂ Ｄ ＡＤ Ｄ Ｒ ） ０ 的二 元字 符 串，定 义 女 『 】 下： Ｅ（ Ｌ Ｋ Ｒ Ａ Ｎ Ｄ’ ， Ｂ Ｄ￣ ， Ｄ Ｄ Ｒ ） 。 攻 击 者 用 Ｋ’ Ｅ （ ｄ） ＝Ｑ ＩⅡ ｌ ｌ ０［ ０： ３ ］ 和最 后 的 ４ 条 信 息 可 以验 证 其 Ｐ Ｉ Ｎ ’ 是否 真 Ｅ １ 将ｒ 、Ｋ 和 。作 为 输 入 ， 其 输 出 为 一 个 是 设 备 Ｄ 和Ｄ 使 用 的Ｐ Ｉ Ｎ 码 。具 体 做 法是 从 １ ６ 字节 的二元字符 串，定义如下 ： 第４ 条 信 息 获 取Ａ Ｕ ｔ ￣ Ａ Ｎ Ｄ 。 。 然 后 用 Ｋ’ 和
一
一
Ｅ １ （ Ｋ ， ｐ， Ｑ） ＝ Ａ ’ （ Ｔ ， ［ Ａ （ Ｋ ， ｐ ） ０ｐ］ 蛾Ｅ （ ｑ） ３ 蓝 牙 安 全 机 制 在 密 码 学 上 的 应 用 ３ ． １ 蓝 牙 认 证 每 台蓝牙设备都有 一个Ｌ 字 节 长 度 的 Ｐ Ｉ Ｎ 码 ，其 中ｌ ≤Ｌ ≤ｌ ６ 。 即为 蓝牙 设 备Ｄ 和 Ｄ 建 立 安 全 配 对 ，其 中Ｄ 为通信发起者 ， 双 方 必 须 具 有 相 同 的Ｐ Ｉ Ｎ 码 ， 它 可 以预 先 存 在 设备 中或 由用 户输 入 得 到 。 另 外 ，每