蓝牙位置隐私保护方案的研究与设计

寻呼地址 由 ＝Ｆ（ ， Ｒ 计 算 得 出 ， Ａ Ｋ， ）
是
Ａ、 和 的函数 ， 中 是通信 双 方共 享 的链路 其 密 钥 ，尺是一 个 与时 间有 关 的变量 ， Ｆ是 一个 单 向
函数 。同理 可计 算 出会话 地址 ，即 ：Ｇ ， ， ） （ Ｋ ，
２ 地 址 分级 模 型 建 立
２２ 模 型 建立 ．
方 案 中每 个 蓝 牙 设 备 都 使 用 一 个 随机 数 与 对 方 设 备进行 通 信 ，并将 该 随机 数 保存在 本 地数 据库 中作 为与对 方 设备 的配 对地 址 信息 ，尽 管 该方 案 可 以抵
抗窃 听攻 击 ，但 是攻 击者 可 以通过 截 获寻 呼 消息 并 重放 而探 测 出设 备是 否存 在 ，因此无 法抵 抗 重放 攻
保 护 蓝 牙 设 备 的位 置 隐 私 的 关 键 是 减 小 蓝 牙 设备各 次通 信 时地 址信 息 的相 关性 ，从而 使攻 击 者 无法 实施 跟踪 。文献 【］ 出 了一 种 匿名 方案 ，在 该 ８提
２ ）主 从 设 备 在 第 一 次 连接 时 生成 了共 享 的链
路密 钥 。
（ 信息 工程 大学 电子技术 学 院，河南 郑 州 ４ ０ ０ ） ５ ０ ４
摘
要 ：通过对蓝牙位置隐私攻击机制和现有保护方案不足 的分析 ，建立 了蓝牙地址分级模型，依据此模型设计
了蓝牙位置 隐私保护方案 ，与现有方案相 比，该协议不仅可 以抵抗针对蓝牙位置 隐私 的窃听攻击、重放攻击 、跳
第３ ２卷第 ９ 期
２１ ０ １年 ９月
通
信
学
报
、 ＿２ ｂｌ Ｎｏ ９ ３ ．
Ｓ ｐ ｅ ｂ ｒ２ １ ｅ ｔｍ ｅ ０ １
Ｊ ｕ ａ １ Ｃｏ ｌ ｕ ｉ ａｉ ｎ ｏ ｍ ｌ １ ０ ｍ ｌ ｎｃ ｔ ｓ － ｌ ｏ
蓝牙位置隐私保护方案 的研 究与设计
郁 滨 ，张顺
击 。文献 ［】 出一 种受 保护 的假 名 方案 ，在 该方 Ｊ ５提
案 中每 个 设 备 都 为 已配 对 的设 备 保 留一 个 假 名 和 若干 已使 用 的随机 数 ，在 设 备寻 呼 时使用 ３次握 手
协议完 成 设备 身份 的 认证 ，该方案 可 以有 效 的防止
重放攻 击 ，但 是 却无 法抵 抗 字典攻 击 ，同时付 出了
图。
击 ，处于 可发 现模 式 的设 备必 须对 查询 请求 进行 响
应 ，尽 管 这会 造成 位 置 隐私 泄 露 的风 险 ，但 是 当
２个 新设 备建 立连 接 时这 种风 险是 难 以避 免的 ，只 能在 使用策略上 加 以约束 ， 文献 ［】 ５强烈建议 当蓝牙设 备不需 要与新设备建立 连接时关 闭其 可发现模式 。因 此本 文只 研 究处 于不 可发 现模 式 的设 备在 寻呼 和通 信过程 中的位 置隐私保 护问题 ，不妨 作出假 设： １ ）从 设各 处于 不可 发现 但可 连接 状 态 ， 即只接 收寻 呼请 求 而不接 收 查询 请 求 ；
１ 引言
Baidu Nhomakorabea无线 通信技 术在 给人 们带来 极大 便利 的 同时 ，
也造成 了严重 的位置 隐私泄 露的隐患。 置隐私指 防 位
们关注 和研 究 的热 点 。 文献 【】 早提 出蓝牙位 置 隐 ３最
私 问题 ，指 出蓝牙 设 备使用 固定 且唯一 的蓝牙 地址 是造成位置 隐私 泄露的根源，一旦攻击者获得设备的 真 实蓝牙地 址便可 以对 它的位 置实施跟踪，该文还指 出可 以通 过 查 询 可 发现 设备 以及 检 测 信 道 接 入 码 （ Ａ ，ｃａｎ ｌａｃ ｓ ｃｄ ）和 设备接入码 （ ＡＣ Ｃ Ｃ ｈｎ ｅ ｃｅｓ ｏｅ Ｄ ，
ｄ ｖｃ ｃｅｓｃ ｄ ）获得未 知设 备 的蓝 牙地址 。对 ｅ ｉｅａｃ ｓ ｏ ｅ
止其他入 以任 何方式获 知对象 过去、现在 的位 置¨，
它是 一种 特殊 的信 息隐私 。攻 击者 可 以通 过直 接通
信 、观 察和连接 查询 等手 段获 得用 户 的身 份位 置信 息ｌ，从而 直接 获得 或 者推测 出用 户 的活 动场所 、 ２ 】 喜好等 个人 隐私 信息 ，给用 户的生 命 、财 产等个 人 权力造 成威胁 。
２１ 模 型假 设 ．
蓝 牙规 圳 定 ，蓝 牙 设备 可 以通 过 ２种 方法 规 建 立连 接 ，一 种 是通 过查 询和 寻 呼 ２个进 程 ，这种 方 法 适 用 于两 个 设 备 第 一 次 连 接 并 且 从 设 备 必 须
其 中 是与 时 问有关 的变量 ， Ｇ是 一个 单 向 函数 。 假 设 与 设 备 Ｑ 配 对 的 设 备 构 成 集 合 为 ｛ ０Ｏ ， ， ｝ 其 中 Ｖ Ｑ ，ｌ ， … ｍ ［，］ ０ｎ ，Ｏ与 共 享 数据
ｔｃ ， ｒ ｑ ｅ ｃ ｏ ｅ ｕ ｎ ｅ ａｔ ｃ ， ｏ ｖ ｒ ａｉ ｎ ａ ｄ ｅ ｓｔ ｃ ｉ ｇ ａ ｔｃ ， ｃｉ ｎ ｒ ｔ ｃ ｄ ｍａ ｅｍｉ ｄ ｅａ ｔｃ ， ａ ｋ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｈ ｐ ｓ ｑ ｅ ｃ ｔ ｋ ｃ ｎ ｅ ｓ ｔ ｄ ａ ｏ ｒ ｓ ａ ｋ ｎ ｔ ｋ ｄ ｔ ａｙ ａ ｔ ｋ ａ ｎ ｉ ｔ ｄ ｌ ｔ ｋ ｒ ａ ｉ ｏ ａ ｎ ｎ ｈ ａ
蓝 牙作 为一种 成熟 的 短距离 无线通 信技 术 ，已 经 广泛 的集 成于 手机 、Ｐ ＤＡ （ｅｓｎ ｌｄｇｔｌａｓ — ｐ ｒｏ ａ ｉｉ ｓ ｓ ａ ｉ
于 不可 发现设 备 ， 献【】 出并 实现 了一种暴 力破 文 ４提 解 的方 法 ，研 究 结果表 明使用 １ ７个蓝 牙设备 可 以 ２ 在 １ １个 小时之 内获得 任何一 个蓝 牙设 备 的有 效地 址 。 文 献 【１ 研 究 表 明 可 以 通 过 截 获 跳 频 同步 ５的 （ ＨＳ ｆ ｑ ｅ ｃ ｏ ｙ ｃｒｎｚｔ ｎ Ｆ ，ｒ ｕ ｎ ｙｈ ｐｓｎｈｏ ｉ ｉ ）分组 获得主 ｅ ａｏ 设 备 的蓝 牙地 址 ，同时提 出了一种 通过 跟踪跳 频序 列恢 复蓝 牙地 址 的方 法 ，该方 法通 过截 获 ６个数据
频序列攻击 、会话地址跟踪攻击 、字典攻击和 中间人攻击 ，同时具有较小的计算量和存储 需求 。
关键 词 ：蓝 牙 ；位 置 隐 私 ；地 址分 级 ；寻 呼 连 接 协 议 中 图分 类 号 ：Ｔ ３ ９１ Ｐ０ ． 文 献标 识码 ：Ｂ － 文 章 编 号 ： １０ —３ Ｘ ２ １）９０ １．７ ０ ０４ ６ （０ １ ． １６０ ０
ｗｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ｄ ａ ｍｏ ｅ ｆｈ ｅ ａ ｃ ｉａ ｄ ｒ ｓ ｓｅ ｔ ｂｉｈ ｄ Ｏｎ ｔ ｅ ｂ ｓ ｓｏ ｅ ｍｏ ｅ ． ｒ ｔｃ ｉ ｎ ｓ ｈ ｍｅ ｏ ｒ ｌ ｚ ｄ ａ ｄ ｌ ｉｒ ｒ ｈ ｃ ａ ｄ ｅ ｓ ｗａ ｓａ ｌ ｅ ． ｈ ａ ｉ ｆｔ ｄ １ ａ ｐ ｏ ｅ ｔ ｃ ｅ ｎ ｎ ｎ ｏ ｌ ｓ ｈ ｏ
依据 上述 假 设 ，本 文所 设计 的蓝 牙地 址分 级模 型如 图 １ 所示 ，该模 型是 一 个三元 组 ｆ ， ， ｝ Ａ ， 包括 ３个 实体 ， 别 为蓝牙 地址 Ａ、 呼地 址 和 分 寻 会 话地 址 Ａ 。其 中第 一 级地 址 Ａ是设 备 的真 实地 ｒ
址 ，固定 且 唯一 ，用作 设备 的身份标 识 。第二 级地 址 和 是 临时地 址 ， Ａ 在 设备 寻呼 时产 生 ，用 ｐ 作生 成设 备接 入码 （ Ｃ） ＤＡ ， 在会 话 开始 时 由主
・１ １７．
分组 使正确恢 复低 ２ｂｔ ８ｉ蓝牙地 址的概率达 到 ９ ％。 ９
文献 ［】 ６通过 实验 证 明 了实施 蓝牙 位 置 隐私攻击 的可 行性 ，并通过 在 Ｃ Ｂ Ｔ ２ ０ ｅ Ｉ ０ ４展览会上 设置无线传 感 器 ，在 ７天之 内成功记录 了 ５２ ４个不 同的蓝牙设备 ９ 的设备地址和 移动路径 。 文献［】 ７设计 了一 个蓝牙位置 隐私攻击系统 ， 用该系统在某 大学 ５天之 内记录 了 利 ３ ０ 个 不 同 的 蓝 牙 设 备 ， 并 绘 制 了 地 址 为 ４ Ｏ ０ ０ １ ７ ３ ９ 的蓝牙 设备 的活动 时 问 一地 点对 照 ｘ ８０ ｆ ｄ ９ ４
ｂ ｕ ｔ ｏｔ ｏ ａ ｏ ｐｒｖａ ｙ ｗ ａ ｓｇ ｄ． ｌ ｅ ｏ ｈ ｌ ｃ ｔ ｎ ｉ ｃ ｓｄｅ ｉ ｎｅ Ｃｏｍｐａ ｅ ｔ ｏｔ ｒ ， ｈ ｓｓ ｈ ｉ ｒ ｄ ｗｉｈ ｈｅ ｓ ｔ ｉ ｃ ｅｍｅ ｃ ｎ ｎ ｎｌ ｅｓｓ ａ ｅｓ ｒ ｉ ｇ， ｅ ａ ａ－ ａ ｏｔｏ ｙ ｒ ｉｔｅ ｖ ｄ ｏｐ ｎ ｒ ｐｌｙ ｔ
ｔｎ） ａｔ 、耳机 等 个人 设备 之 中，成 为人们 不 可或缺 的 通信 手 段 。近些 年来 ，蓝牙 位置 隐私 安全 成为学 者
收稿 日期 ：２ １．６２ ；修 回 日期 ：２ １—９２ ０００ —５ ０ ００ —６
第９ 期
郁滨 等 ：蓝 牙位 置 隐私保 护方 案 的研 究 与设计
ｂｕ ｓ ｅ ｄ ｔｌ ｏｍ ｐ ｉｎ ａ ｄ ｔ ｒ ｇ ． ｔａ ｏ ｎ ｅ ｌ ｔ ｃ ｌ ｉ ｅ ｕｔ ｇ ｎ ｓｏ ａ ｅ
Ｋｅ ｒ ｓ ｂ ｕ ｔ ｏ ｈ ｌ ａ ｏ ｒ ａ ｙ ｈ ｅ ａ ｃ ｃ ｄ ｅ ｓ ｐ ｇ ｎ ｏ ｎ ｃ ｉ ｎｐ ｏ ｏ ｏ ｙｗｏ ｄ ： ｌ ｅ ｏ ｔ ； ｏ ｔ ｎｐ ｉ ｃ ； ｒ ｈ ａ ａ ｄ ｓ ； ａ ｉ ｇ ｃ ｎ ｅ ｔ ｒ ｔ ｃ ｌ ｃ ｉ ｖ ｉ ｒ ｉ ｌ ｒ ｏ
上 ，通 过设 计蓝 牙位 置 隐私 保护 方案 ，在减 小存储
：
图 １ 地址 分级 模 型
临时地址
：
空间和 计算 量 开销 的 同时 ，解 决 了蓝牙 设备 连 接 时
的位 置 隐私 泄 露 的 问题 ， 理 论 分 析 及 实 验 结 果 表 明 ，本文 方案 可成 功应 用 于蓝 牙通 信 且在 安全 性上 高于现 有各 种方 案 。
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｓｇ ｆｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｔｏ ｓ ｈｅ ｅ ｓ ａ ｃ ｎｄ ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｈ ｒ ｔ ｃ ｉ ｎ ｃ ｍ ｏ ｂｌ ｔ ｏ ｈ ｌ ｃ ｔｏ ｐｒｖ ｃ ｎ ｕｅ ｏ ｔ ｏ ａ ｉ ｎ ｉ ａ ｙ
ＹＵ ｎ． Ｂｉ ＺＨＡＮＧ ｈ Ｓ ｕｎ
设备 产 生并 在通信 过 程 中不 断变化 ，该地 址用 于产 生蓝 牙跳 频序 列和 信 道接 入码 （ ＡＣ） Ｃ 。
增 大计 算 量和存 储 空 间的代 价 ，这 对 于 以低 功 耗和 低 成本 为 设计 目标 的蓝 牙 技术 是无 法 忍受 的 。 针 对 以上 问题 ，本 文 深入 分析 了蓝 牙地 址 的使 用 过 程 和 泄 露途 径 ，在 建 立 地 址 分 级 模 型 的基 础
（ ｓｉ ｔ ｆ ｅｔｏ ｉ ｃ ｎ ｌｇ ，ｎｏｍａｉｎＥ ｇｎ ｅｉ ｇＵｎｖ ｒｉ ， ｈ ｎ ｚ ｏ ５ ０ ４， ｉａ Ｉ ｔｕｅｏ ｃｒ ｎｃＴｅｈ ｏｏ ｙ Ｉｆｒ ｔｏ ｎ ｉｅｒｎ ｉｅｓｔ Ｚ ｅ ｇ ｈ ｕ４ ０ ０ Ｃｈｎ ） ｎ ｔ Ｅｌ ｙ
Ａｂｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｔａ ｋ ｅ ｈ ｎ ｓ ｕｅｏｏｈ ｏｃ ｔｏ ｐ ｉ ａ ｙ ａ ｈｅ ｄ ｓ ｄ ｎ ｔ ｇ ｓ ｏｆｔｅ ｃ ｒｅ ｔｐ ｏｔｃｉ ｃ ｅ ｅ ｔａ ｔ ｅ ａ ｔｃ ｍ ｃ ａ ｉｍ ｏｆｂｌ ｔ ｔ ｌ ａｉ ｎ ｒｖ ｃ ｎｄ ｔ ｉａ ｖａ ａ ｅ ｈ ｕ ｒ ｎ ｒ ｅ ｔｏｎ ｓ ｈ ｍ