蓝牙安全
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一个流规范是一套参数，指出发送站点试图达到的性 能级别
当被包含在配臵请求中时，此选项描述了从发送 请求设备发往接收请求设备的通信流 当被包含在正配臵响应中时，此选项从发送响应 的设备的观点描述了进入的通信流契约 当被包含在负配臵响应中时，此选项从发送响应 的设备的观点描述了优先进入的通信流
3）数据传输速率和版本
版本 速率
1.1和1.2 2.0 + EnhancedData Rate (EDR) and和2.1 + EDR 3.0+ High Speed (HS) 和4.0
748~810kb/s
最大可达到3Mbps
24 Mbps
蓝牙网络架构
蓝牙允许两种形式的网络：Ad hoc网络（又称对称网或 临时网）和基础设施网。在基础设施网中，由蓝牙接入点 （AP）连接到蓝牙设备，而在Ad Hoc网络可与蓝牙设备 直接建立连接，不需任何中介。Ad Hoc网络类型远比基 础设施网更为常见。 1 基础设施网 蓝牙基础设施会有这样的情况，地理上的固定蓝牙接入点 （AP）会作为其他蓝牙设备的集中通信枢纽。这种蓝牙 架构不常用的。 2 Ad Hoc网络没有固定的基础设施，只要蓝牙设备在通 信范围内，Ad Hoc网络可随时随形成。设备可以有自己 的移动速度和移动方向，这种网络的拓扑结构可以动态变 化。 3 微微网（piconet；皮克网）和分散网（scatternet） 蓝牙微微网和分散网是一个集合了八个蓝牙设备所构成的 网络。一个设备被指定主设备，其余七个都是从设备。主 设备和从设备之间的通信可以是一对一或一对多。
蓝牙系统中的皮可网和扩散网
蓝牙自组织网络称为微微网（piconet；皮克网）， 一个微微网最多有8台设备组成
扩散网（散步式网络） M S S S S P P 皮可网 1 S S 皮可网 2 M •主设备单元负责 提供时钟同步信号 和跳频序列 •在一个微微网内 ，所有设备使用同 一跳频序列 P ——搁置的设备
跳频（Frequency Hopping，FH）
目的
阻碍干扰和多路效应 为放臵在不同微微网中的设备提供多种接入的形式
总带宽被分为79个物理信道，每个信道的带宽为 1MHz。跳频速率为1600跳/s
每条物理信道被占时间持续0.625ms，称为一个时隙， 一个数据包可占用1、3、或5个时间隙。 在同一个区域内，不同的微微网将使用不同的跳频序列 ，这样，在大部分的时间内，相同区域的不同微微网传 输将在不同的物理信道内 偶尔出现不同的微微网在同一个物理信道，则导致冲突 和数据丢失，此时使用前向纠错和检错技术/ARQ技术
S
M ——主设备
S ——从设备
主/从关系
多个微微网之间互 联成分散网（ scatternet） 一个微微网的设备 也可以作为另一个 微微网的一部分存 在，并在每个微微 网中起主设备或者 从设备的功能
M
M
M
M/S
M
M
M
M
M
微微网主设备采用时分双工的时分多址接入（ Time Division Duplexing-Time Division Multiple Access TDD-TDMA）。TDD-TDMA 是一种半双工通信方式。一个装臵可以在当前时 隙作为一个微微网中的主设备，也可以在下一刻 成为另一个微微网的从设备。FHSS允许主从设 备间的通信不受其他微微网的干扰。
蓝牙安全体系结构
用户接口（User Interface） 通用管理实体
2. 连接(connection)：设备作为主站或从站 连到微微网
7个临时子状态
另外还存在7个临时子状态，被用来向微微网 加入新的从站：
(1)寻呼(page)： (2)寻呼扫描(page scan) (3)主站响应(master response) (4)从站响应(slave response) (5)查询(inquiry) (6)查询扫描(inquiry scan) (7)查询响应(inquiry response)
异步无连接(asynchronous connectionless， ACL)：它提供不同长度的数据包，包括1个、2个 或3个时隙。ACL用于传输数据信息通过可选择的 调制来提高数据传输速率。传送通过检错和重传 得以保证.一个未被认证的ACL分组将被自动传送。 ACL可以实现高达721 kbps的数据传输速率。 同步链路SCO：SCO链路建立之前，必须先建立 异步链路ACL传送控制信息；链路一旦建立，主 从节点无需查询便可直接发送SCO数据组。SCO 用于传送话音，不提供重发。eSCO (enhanced SCO，增强型SCO)可以提供重发服务，并且增 加了可发送
L2CAP 信道
三种类型的逻辑信道：
无连接(connectionless)：支持无连接服务。每个信道 是单向的，该信道类型一般用于主站向多个从站广播
面向连接(connection-oriented)：支持面向连接
的服务。每个信道是双向的(全双工)。每个方向中定义 一个服务质量(quality of service，QoS)的流规范
蓝牙技术优点
蓝牙是一种低带宽、短距离、低功耗(对人体伤害 小)的数据传输技术 现在几乎一切东西都支持蓝牙，从键盘到操作系 统，耳机 不需任何电缆、不需更改配臵、不需进行故障诊 断即可建立连接 具有很强的移植性，可应用于多种通信场合，如 WAP、GSM(全球移动通信系统)、DECT(欧规数 字无绳通信)等，引入身份识别后可以灵活地实现 漫游 蓝牙集成电路简单，成本低廉，实现容易，易于
3
蓝牙技术的发展历程
1994年: 爱立信决定开发一种低功耗、低成本的无线接口 。该公司的工程师J. Haartsen博士和S. Mattisson博士 发明了蓝牙技术(IEEE 802.15.1) 1998.5: 爱立信联合IBM、Intel、Nokia、Toshiba一起 成立蓝牙特殊利益集团SIG。3Com、朗讯、微软、摩托 罗拉等也很快加盟SIG,目前已有2500家电信业公司参与 该组织，蓝牙技术也得到了广泛的应用. 1999.7: SIG公布了蓝牙标准1.0版 1999.12: 公布1.0b版 2001.4: 公布1.1版 2003.11: 公布1.2版 2004.8: 公布了2.0版 2009.4: 公布了3.0版(蓝牙核心规范3.0版 高速)
信令(signaling)：提供L2CAP实体问信令报文的交
换
实例
•信道标识符CID与每个逻辑信道相关联；在信道的每一端， 面向连接的信道被指定一个唯一的CID，并将它与每端的用 户连接 •无连接信道由一个值为2的CID；信令信道有一个值为1的 CID
服务质量
L2CAP中的QoS参数定义一个基于RFC 1363的 通信流规范
包的类型，从设备可以管理3个SCO信道， 每个 信道速率达 64 Kbps 流链接是用于连续数据传输。流链路用于连续数 据传输。该数据以帧为单位被传送并且被广播到 所有可用设备范围内。 链路管理协议LMP（Link Manager Protocol） 用于规定如何建立和拆除接，以及链路的控制和 安全。蓝牙技术定义了两种不同的链路类型： SCO和ACL，每种链路容许16种不同的分组，其 中有4组是控制分组。
流规范参数组成
流规范由下列参数组成： 1. 2. 3. 4. 5.wenku.baidu.com6. 服务类型 令牌速率(字节/秒) 令牌桶的大小(字节) 带宽峰值(字节/秒) 等待时间(微秒) 时延变化(微秒)
令牌桶图解
令牌速率R：确定了持 续支持的数据速率 桶大小B：确定了短期 内数据速率超过R的量 则：在任意时间长度T 内，数据的发送量不能 超过 RT+B
2 蓝牙入门
本节从以下三个方面介绍蓝牙技术： 技术特点 核心协议 网络架构 蓝牙控制栈
技术特点:
1）频率 Bluetooth设备工作在2.4GHz的ISM（ Industrial，Science and Medicine）频 段，在北美和欧洲为2400～2483.5MHz ，“蓝牙”采用了跳频扩频Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)技术 ，FHSS不仅能蓝牙的提高抗干扰性，还能 通过改变频率提供安全传输。
蓝牙控制栈
蓝牙的控制栈提供三种形式的通信： 面向异步连接(Asynchronous connectionoriented Linkage，ACL) 面向同步连接(synchronous connectionoriented Linkage，SCO) 流连接（Stream Link）
核心协议(core protocol)形成五层栈
1. 无线电(radio)：确定包括频率、跳频的使用、调制模式 和传输功率在内的空中接口细节 2. 基带(baseband)：考虑一个微微网中的连接建立、寻址、 分组格式、计时和功率控制 3. 链路管理器协议(link manager protocol，LMP)：负责在 蓝牙设备和正在运行的链路管理之间建立链路。包括诸如 认证、加密及基带分组大小控制和协商等安全因素 4. 逻辑链路控制和自适应协议(logical link control and adaptation protocol，L2CAP)：使高层协议适应基带层 。提供无连接和面向连接服务。L2CAP为流和差错控制提 供大量服务，它依赖于更低层(基带层)。 5. 服务发现协议(service discovery protocol，SDP)：询 问设备信息、服务与服务特征，使得在两个或多个蓝牙设 备间建立连接成为可能
2）发射功率和通信范围
蓝牙设备正常的发射功率是l～100mW ， 在通常操作环境中为lOmw，但在特定的情 况下通过更高的输出功率可以达到更远的 距离，其接受范围为1～91m。在不同的设 备上达到同等通信范围，其发射功率要求 不同。 虽然发射功率不被当作是一个安全机制， 但控制通信范围能减少被攻击的概率。
纠错
蓝牙使用三种纠错模式：
(1)l/3比例的FEC(forward error correction， 前向纠错) (2)2/3比例的FEC
(3)ARQ(automatic repeat request，自动重传 请求)
信道控制
可以从链路建立和维护期间的操作状态等方 面理解微微网的操作。存在两个主要的状 态： 1. 维持(standby)：默认状态。这是一个低功 率状态，只有一个本地时钟在工作
蓝牙逻辑链路控制和自适应协议
与IEEE 802规范中的逻辑链路控制(LLC) 相同，L2CAP(logical link control and adaptation protocol，逻辑链路控制和自 适应协议)在共享媒介网络的实体间提供一 个链路层协议 L2CAP为流和差错控制提供大量服务，它 依赖于更低层(基带层) L2CAP使用ACL链路，它不支持SCO链路
状态转换图
连接状态
连接状态是由主站发起的，一旦从站处于连接状 态，它便处于以下4种操作模式之一：
1. 活跃（active）：通过侦听、发送和接收分组，从站 积极参与微微网 2. 侦测（sniff）：从站只侦听对应其报文的特定时隙， 在其余的时间里，从站可以在较低功率下运行 3. 保持（hold）：此模式的设备不支持ACL分组，并且 进入较低的功率状态。从站仍可参与SCO交换 4. 臵停（park）：当一个从站无须参与微微网，但仍被 保留为微微网的一部分时，他被进入到臵停状态
蓝牙网络与通信安全
许承启 张林霞 白杨
主要内容
简介 蓝牙入门
蓝牙基带的安全性
2015-06-02
计算机科学与技术学院
2
简介
“蓝牙”是一种近距离无线数字通信技术，不依赖其他形 式的网络，如Inetnet，LAN（Local Area Networks局 域网），能在几乎所有的安装了蓝牙模块的设备上，如桌 上型电脑与笔记==本电脑、便携设备、PDA、移动电话、 拍照手机、打印机、数码相机、耳麦、键盘甚至是电脑鼠 标，都能进行可持续链接和数据交换。
当被包含在配臵请求中时，此选项描述了从发送 请求设备发往接收请求设备的通信流 当被包含在正配臵响应中时，此选项从发送响应 的设备的观点描述了进入的通信流契约 当被包含在负配臵响应中时，此选项从发送响应 的设备的观点描述了优先进入的通信流
3）数据传输速率和版本
版本 速率
1.1和1.2 2.0 + EnhancedData Rate (EDR) and和2.1 + EDR 3.0+ High Speed (HS) 和4.0
748~810kb/s
最大可达到3Mbps
24 Mbps
蓝牙网络架构
蓝牙允许两种形式的网络：Ad hoc网络（又称对称网或 临时网）和基础设施网。在基础设施网中，由蓝牙接入点 （AP）连接到蓝牙设备，而在Ad Hoc网络可与蓝牙设备 直接建立连接，不需任何中介。Ad Hoc网络类型远比基 础设施网更为常见。 1 基础设施网 蓝牙基础设施会有这样的情况，地理上的固定蓝牙接入点 （AP）会作为其他蓝牙设备的集中通信枢纽。这种蓝牙 架构不常用的。 2 Ad Hoc网络没有固定的基础设施，只要蓝牙设备在通 信范围内，Ad Hoc网络可随时随形成。设备可以有自己 的移动速度和移动方向，这种网络的拓扑结构可以动态变 化。 3 微微网（piconet；皮克网）和分散网（scatternet） 蓝牙微微网和分散网是一个集合了八个蓝牙设备所构成的 网络。一个设备被指定主设备，其余七个都是从设备。主 设备和从设备之间的通信可以是一对一或一对多。
蓝牙系统中的皮可网和扩散网
蓝牙自组织网络称为微微网（piconet；皮克网）， 一个微微网最多有8台设备组成
扩散网（散步式网络） M S S S S P P 皮可网 1 S S 皮可网 2 M •主设备单元负责 提供时钟同步信号 和跳频序列 •在一个微微网内 ，所有设备使用同 一跳频序列 P ——搁置的设备
跳频（Frequency Hopping，FH）
目的
阻碍干扰和多路效应 为放臵在不同微微网中的设备提供多种接入的形式
总带宽被分为79个物理信道，每个信道的带宽为 1MHz。跳频速率为1600跳/s
每条物理信道被占时间持续0.625ms，称为一个时隙， 一个数据包可占用1、3、或5个时间隙。 在同一个区域内，不同的微微网将使用不同的跳频序列 ，这样，在大部分的时间内，相同区域的不同微微网传 输将在不同的物理信道内 偶尔出现不同的微微网在同一个物理信道，则导致冲突 和数据丢失，此时使用前向纠错和检错技术/ARQ技术
S
M ——主设备
S ——从设备
主/从关系
多个微微网之间互 联成分散网（ scatternet） 一个微微网的设备 也可以作为另一个 微微网的一部分存 在，并在每个微微 网中起主设备或者 从设备的功能
M
M
M
M/S
M
M
M
M
M
微微网主设备采用时分双工的时分多址接入（ Time Division Duplexing-Time Division Multiple Access TDD-TDMA）。TDD-TDMA 是一种半双工通信方式。一个装臵可以在当前时 隙作为一个微微网中的主设备，也可以在下一刻 成为另一个微微网的从设备。FHSS允许主从设 备间的通信不受其他微微网的干扰。
蓝牙安全体系结构
用户接口（User Interface） 通用管理实体
2. 连接(connection)：设备作为主站或从站 连到微微网
7个临时子状态
另外还存在7个临时子状态，被用来向微微网 加入新的从站：
(1)寻呼(page)： (2)寻呼扫描(page scan) (3)主站响应(master response) (4)从站响应(slave response) (5)查询(inquiry) (6)查询扫描(inquiry scan) (7)查询响应(inquiry response)
异步无连接(asynchronous connectionless， ACL)：它提供不同长度的数据包，包括1个、2个 或3个时隙。ACL用于传输数据信息通过可选择的 调制来提高数据传输速率。传送通过检错和重传 得以保证.一个未被认证的ACL分组将被自动传送。 ACL可以实现高达721 kbps的数据传输速率。 同步链路SCO：SCO链路建立之前，必须先建立 异步链路ACL传送控制信息；链路一旦建立，主 从节点无需查询便可直接发送SCO数据组。SCO 用于传送话音，不提供重发。eSCO (enhanced SCO，增强型SCO)可以提供重发服务，并且增 加了可发送
L2CAP 信道
三种类型的逻辑信道：
无连接(connectionless)：支持无连接服务。每个信道 是单向的，该信道类型一般用于主站向多个从站广播
面向连接(connection-oriented)：支持面向连接
的服务。每个信道是双向的(全双工)。每个方向中定义 一个服务质量(quality of service，QoS)的流规范
蓝牙技术优点
蓝牙是一种低带宽、短距离、低功耗(对人体伤害 小)的数据传输技术 现在几乎一切东西都支持蓝牙，从键盘到操作系 统，耳机 不需任何电缆、不需更改配臵、不需进行故障诊 断即可建立连接 具有很强的移植性，可应用于多种通信场合，如 WAP、GSM(全球移动通信系统)、DECT(欧规数 字无绳通信)等，引入身份识别后可以灵活地实现 漫游 蓝牙集成电路简单，成本低廉，实现容易，易于
3
蓝牙技术的发展历程
1994年: 爱立信决定开发一种低功耗、低成本的无线接口 。该公司的工程师J. Haartsen博士和S. Mattisson博士 发明了蓝牙技术(IEEE 802.15.1) 1998.5: 爱立信联合IBM、Intel、Nokia、Toshiba一起 成立蓝牙特殊利益集团SIG。3Com、朗讯、微软、摩托 罗拉等也很快加盟SIG,目前已有2500家电信业公司参与 该组织，蓝牙技术也得到了广泛的应用. 1999.7: SIG公布了蓝牙标准1.0版 1999.12: 公布1.0b版 2001.4: 公布1.1版 2003.11: 公布1.2版 2004.8: 公布了2.0版 2009.4: 公布了3.0版(蓝牙核心规范3.0版 高速)
信令(signaling)：提供L2CAP实体问信令报文的交
换
实例
•信道标识符CID与每个逻辑信道相关联；在信道的每一端， 面向连接的信道被指定一个唯一的CID，并将它与每端的用 户连接 •无连接信道由一个值为2的CID；信令信道有一个值为1的 CID
服务质量
L2CAP中的QoS参数定义一个基于RFC 1363的 通信流规范
包的类型，从设备可以管理3个SCO信道， 每个 信道速率达 64 Kbps 流链接是用于连续数据传输。流链路用于连续数 据传输。该数据以帧为单位被传送并且被广播到 所有可用设备范围内。 链路管理协议LMP（Link Manager Protocol） 用于规定如何建立和拆除接，以及链路的控制和 安全。蓝牙技术定义了两种不同的链路类型： SCO和ACL，每种链路容许16种不同的分组，其 中有4组是控制分组。
流规范参数组成
流规范由下列参数组成： 1. 2. 3. 4. 5.wenku.baidu.com6. 服务类型 令牌速率(字节/秒) 令牌桶的大小(字节) 带宽峰值(字节/秒) 等待时间(微秒) 时延变化(微秒)
令牌桶图解
令牌速率R：确定了持 续支持的数据速率 桶大小B：确定了短期 内数据速率超过R的量 则：在任意时间长度T 内，数据的发送量不能 超过 RT+B
2 蓝牙入门
本节从以下三个方面介绍蓝牙技术： 技术特点 核心协议 网络架构 蓝牙控制栈
技术特点:
1）频率 Bluetooth设备工作在2.4GHz的ISM（ Industrial，Science and Medicine）频 段，在北美和欧洲为2400～2483.5MHz ，“蓝牙”采用了跳频扩频Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)技术 ，FHSS不仅能蓝牙的提高抗干扰性，还能 通过改变频率提供安全传输。
蓝牙控制栈
蓝牙的控制栈提供三种形式的通信： 面向异步连接(Asynchronous connectionoriented Linkage，ACL) 面向同步连接(synchronous connectionoriented Linkage，SCO) 流连接（Stream Link）
核心协议(core protocol)形成五层栈
1. 无线电(radio)：确定包括频率、跳频的使用、调制模式 和传输功率在内的空中接口细节 2. 基带(baseband)：考虑一个微微网中的连接建立、寻址、 分组格式、计时和功率控制 3. 链路管理器协议(link manager protocol，LMP)：负责在 蓝牙设备和正在运行的链路管理之间建立链路。包括诸如 认证、加密及基带分组大小控制和协商等安全因素 4. 逻辑链路控制和自适应协议(logical link control and adaptation protocol，L2CAP)：使高层协议适应基带层 。提供无连接和面向连接服务。L2CAP为流和差错控制提 供大量服务，它依赖于更低层(基带层)。 5. 服务发现协议(service discovery protocol，SDP)：询 问设备信息、服务与服务特征，使得在两个或多个蓝牙设 备间建立连接成为可能
2）发射功率和通信范围
蓝牙设备正常的发射功率是l～100mW ， 在通常操作环境中为lOmw，但在特定的情 况下通过更高的输出功率可以达到更远的 距离，其接受范围为1～91m。在不同的设 备上达到同等通信范围，其发射功率要求 不同。 虽然发射功率不被当作是一个安全机制， 但控制通信范围能减少被攻击的概率。
纠错
蓝牙使用三种纠错模式：
(1)l/3比例的FEC(forward error correction， 前向纠错) (2)2/3比例的FEC
(3)ARQ(automatic repeat request，自动重传 请求)
信道控制
可以从链路建立和维护期间的操作状态等方 面理解微微网的操作。存在两个主要的状 态： 1. 维持(standby)：默认状态。这是一个低功 率状态，只有一个本地时钟在工作
蓝牙逻辑链路控制和自适应协议
与IEEE 802规范中的逻辑链路控制(LLC) 相同，L2CAP(logical link control and adaptation protocol，逻辑链路控制和自 适应协议)在共享媒介网络的实体间提供一 个链路层协议 L2CAP为流和差错控制提供大量服务，它 依赖于更低层(基带层) L2CAP使用ACL链路，它不支持SCO链路
状态转换图
连接状态
连接状态是由主站发起的，一旦从站处于连接状 态，它便处于以下4种操作模式之一：
1. 活跃（active）：通过侦听、发送和接收分组，从站 积极参与微微网 2. 侦测（sniff）：从站只侦听对应其报文的特定时隙， 在其余的时间里，从站可以在较低功率下运行 3. 保持（hold）：此模式的设备不支持ACL分组，并且 进入较低的功率状态。从站仍可参与SCO交换 4. 臵停（park）：当一个从站无须参与微微网，但仍被 保留为微微网的一部分时，他被进入到臵停状态
蓝牙网络与通信安全
许承启 张林霞 白杨
主要内容
简介 蓝牙入门
蓝牙基带的安全性
2015-06-02
计算机科学与技术学院
2
简介
“蓝牙”是一种近距离无线数字通信技术，不依赖其他形 式的网络，如Inetnet，LAN（Local Area Networks局 域网），能在几乎所有的安装了蓝牙模块的设备上，如桌 上型电脑与笔记==本电脑、便携设备、PDA、移动电话、 拍照手机、打印机、数码相机、耳麦、键盘甚至是电脑鼠 标，都能进行可持续链接和数据交换。