基于DES的蓝牙安全机制研究

而且 ＰＮ码也是产生链路密钥和加密密钥的唯一变 Ｉ
量 ， 以 ＰＮ码 的安 全性 直 接 关 系 到整 个 认 证鉴 权 所 Ｉ
过 程 。用户 每次连 接 都 要输 入 ＰＮ码 ， 以用户 一 Ｉ 所 般 会选 择简 单易 记 的 ＰＮ码 ， 是 简单 的 Ｐ Ｎ码 很 Ｉ 但 Ｉ
容 易被 穷举 法破解 。
３ １ 基 于 ＤＥ ． Ｓ的蓝牙加 密 过程
２ 蓝 牙安 全 机 制 存 在 的 问题
根 据上 文对 蓝牙 安 全 机 制 的详 细分 析 可 知 ， 蓝 牙 的安全 隐患存 在 于认 证 鉴 权 和数 据 的 Ｅ 。流加 密算 法 中。Ｅ 算 法过程 如 图 ３所 示 。 。
Ｄ Ｓ作 为分 组 加 密 方法 ， 的加密 过 程是 将 明 Ｅ 它 文按 ６ 一组 进行 分组 ， 后使 用 ６ ４位 然 ４位 （ 中的 ８ 其
２ ２ Ｅ 流加 密算 法 的缺 陷 ． 。
运算实现加密。具体过程如图 ２ 所示。
器
１ Ｅ 作 为 一种流 加密 算法 Ｊ若某 一个 伪 随机 ）。 ， 序 列发 生错误 便会 使 整 个 密 文 发生 错 误 ， 而导 致 从
密文 一 密 —
密 文无 法还 原 出明文 。
Ｄ ：０ ３ ６ ／．ｓ ．０ １ ８４ ２ １ ． １ ０ ５ ＯＩ １ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ — ２ ．０ ２ ０ ． １ ｓ ３
基 于 Ｄ Ｓ的蓝 牙 安全 机 制研 究 Ｅ
陈 丽， 赵志强 ， 苏小维 ， 葛朝 中， 瑷 邓
（ 重庆邮电大学 自动化学院， 重庆 ４ ０ ６ ） ０ ０ ５
１ ２ 蓝 牙的加 密过 程 ．
收稿 日期 ：０ １１ —５ ２ １—０２
—
蓝 牙采用 流加 密算法 Ｅ 实现 有效载 荷 的加密 ， 。
６ 一 ２
ＤＩ Ｔ ＬＣ ＧＩＡ ＯＭＭＵＮＣＡ ＯＮ ２ １ ． ２ Ｉ ＴＩ ／ ０ ２ ０
它发 生在 Ｃ Ｃ校 验 之 后 ，Ｅ Ｒ Ｆ Ｃ编 码 之 前 。Ｅ 。算 法 的输 入 参 数 为 主设 备 蓝牙 地址 Ｂ — Ｄ Ｒ， 设 备 ＤＡ Ｄ 主 时钟 Ｃ Ｋ和实际加密密钥 Ｋ ‘ 中实际加密密钥 Ｌ 。其 Ｋ‘ 由加密 密钥 Ｋ 和 随机 数 Ｒ Ｎ Ａ Ｄ生 成 。Ｅ 算法 的 。 输 出为密 钥 比特流 ， 于和数 据 流 （ 用 明文 ） 行 异 或 进
图 ３ 。 法 Ｅ 算
选取蓝牙鉴权认证后产生的 ８—１８ ２ 位加密密 钥 中的 ６ ４位作为 Ｄ Ｓ的密钥 ； Ｅ 通过软件编程方 法将此密钥应用于 Ｄ Ｓ Ｅ 算法 中实现蓝牙的加密过 程 。具体 框 图如 图 ４所示 。
一
２ １ 认 证 鉴权 的 问题 ．
认 证鉴 权过 程 需要 用 户 输 入 ＰＮ码 才 能进 行 ， Ｉ
２ 若 Ｅ 算 法 的输 出加密 流全 为 ０， ） 则密 文 就是
明文； 若输出加密流为 １ ６位模式 ， 则该算法只是简
图 ２ 蓝 牙 的 加 密 过 程
Ｅ 算法是整个加密过程的核心算法 ， 的具体 。 它 实 现方 法如 图 ３所示 。它 是 由 ４个线 性 反馈移 位 寄
存器 （ Ｆ Ｒ －Ｆ Ｒ ） 组合 逻辑 和复 合器 （ ｌ ｄ 组 Ｌ Ｓ １Ｌ Ｓ ４ 、 Ｂｅ ） ｎ 成 。Ｌ Ｓ ｓ的长度 分 别 为 ２ ， １ ３ ，９ ＦＲ ５ ３ ，３ ３ 。采 用 多个
社 ．０ ２：２ －３ ． ２ ０ ６ ９ ６ ６
Ｍ］ 北京 ： 清 ［ ］ ＲＣ Ａ ＤＳ ７ Ｉ Ｈ Ｒ ．经典密码 学与现代 密码 学［ ． 华大学 出版社 ，０５：２ —３ ． ２０ １４１ １
［ ］ Ｂ ＵＣ ．应用密码 学［ ． ８ Ｒ ＥＳ Ｍ］ 北京 ： 机械 工 业 出版社 ，
单 的异或 ； Ｅ 算 法 的输 出加密流 是一 系列 真正 的 若 。 随机序列 ， 么该 算法 才是 绝对安 全 的。 那
３ 若 Ｅ 算法里的某个 Ｌ Ｓ ） ｎ Ｆ Ｒ产生的序列周期 比 密钥短 ， 则易被分别征服（ｉｄ－ｎ—ｏｑｅ） ｄ ｉ ａｄｃｎｕｒ并破 译。 ｖｅ
ＬＳ Ｆ Ｒ是为了增加生成 的伪随机序列 的长度和随机 性 。Ｂｅｄ中 的 和 为 线性 变 换 网络 ， 为 延 ｌｎ ｚ 迟网络。Ｌ Ｓ ｓ Ｆ Ｒ 需要赋予初值 （ 子） 种 才能产生加 密 流 。４个 Ｌ Ｓ Ｆ Ｒ加 上 各 是 两 位 的 ｃ 和 ｃ 一 共 … １２ 。这 １２位初始值就是 由 Ｅ 算法 的输入参 ３位 ３ 数 生成 。 当 Ｌ Ｓ ｓ 始 工 作 时 ， 产 生 的 ２ ０位数 ＦＲ 开 先 ０ 据的后 １８ ２ 位再次作为 Ｌ Ｓ ｓ Ｆ Ｒ 的种子 ， ｃ 和 Ｃ 而 … 的值 被保 留 。这 时产 生 的 伪 随机 序 列 就 是 输 出 的 用 于加 密 的 密 钥 比特 流 。采 用 这 样 的 两 级 加 密 是 为 了增加 安 全 性 ， 即使 破 解 出 第 二 级 加 密 ， 必 须 还 破解 出第 一 级加 密才 能得 到加 密密钥 Ｋ 。
ｔ ｎ ，０ ｌ４ （ ）２ ５２ ２ ｉ ｓ２０ ，８ ４ ：６ －７ ． ｏ
［］ ６
Ｔ Ｈ０ＭＡＳ Ｈ ＣＨＡＲ Ｊ Ｒ０Ｎ Ｄ Ｉ ｅ １ ｎ ｒ － Ｃ， Ｉ ＥＳ Ｅ Ｌ。 ＡＬ 。 ｔａ ．Ｉ ｔｏ
ｄ ｃ ｏ ｌｏ ｔｍ［ ． ｕｔ ｎｔ Ａｇｒｈ Ｍ］ ２版．北 京： ｉ ｏ ｉ 高等教 育 出版
６３ —
用已经越来越广泛 ， 中不乏对安全性要求很高 的 其 领域 … 。由于蓝 牙 在 最 初 的设 计 中并 没 有 将 安 全 性作为最重要的考虑 因素 ， 以改进蓝牙 的加密算 所 法 以满 足 更 高 安 全 性 的 需 求 是 非 常 必 要 的 。Ｄ Ｓ Ｅ 具 有 安全 可靠 的加 密 过 程 、 低 的计 算 复杂 度 和 较 较
图 １ 认 证 过 Байду номын сангаас
在相 互认 证 中 ， 鉴权 方 和 申请方 都产 生 了 Ａ Ｏ Ｃ 和 Ｓ Ｅ 参 数 。 申请 方 将 自己生 成 的 Ｓ Ｅ Ｒ Ｓ２个 Ｒ Ｓ发
给鉴权 方 ， 鉴权 方将之 与 自己生成 的 Ｓ Ｅ Ｒ Ｓ比较 ， 如
的 ＩＥ Ｅ Ｅ地址 ； 于身份 认 证 的认证 密 钥 、 于加密 用 用
的加密密钥和 由蓝牙 内部随机数产生器生成 的随
机数 Ｒ Ｎ Ａ Ｄ。 １ １蓝 牙的认证 鉴权 过程 ．
１ 生成链路密钥（ ＩＫ Ｋ Ｙ 。 ） ＬＮ Ｅ ） 蓝牙的链路密钥根 据存 在时间和生成算法 的 不同分为临时密钥 和半永 久性密钥。临 时密钥 在 当前会话结束后就不再使用 ， Ｅ： 由 ： 算法生成 ， 包括 初始化密钥 Ｋ ｉ ｉ和主单元密钥 Ｋ 。 半永久性密钥 ；
位作 为校 验位 ， 际是 ５ 实 ６位 ） 的密钥 对 明文进 行 １ ６
轮 的加密 过程 ， 而 完 成 对数 据 的加 密 。因 为加 密 从
算法最基本的步骤就是置换和替代 ， 所以通过 １ ６轮 的轮询 达 到 替 代 模 糊 、 加 分 析 难 度 的 目的 。将 增 Ｄ Ｓ算 法与 蓝牙 系统 充 分结 合 起 来 ＿ ， 以有 效 地 Ｅ ８可 ］ 提高蓝牙 的安全性能 ， 扩大蓝牙的应用范围。
牙 现有 的安全 机制 ； 析 现有 蓝 牙 安 全机 制 存 在 的 分
如果 ２个单元没有发生过通信联系 ， 则使用初 始化密钥 Ｋ 作为链路密钥 ， 否则使用 当前链路密 钥作为链路密钥 。具体认证过程见图 １ 。
爵 眦 叫
一
匿Ｊ 一 —一 萼 Ａ主 ¨ ） ＿ ］
附帆 量 Ｉ 在 当前 会话 结束 后仍 可 继 续 使 用 ， ： 法 生 成 ， 由Ｅ 算 包括单 元 密钥 Ｋ Ａ和组合密 钥 。
）
２ 认证 。 ）
为蓝牙本身 的安全性仅仅可 以满足普通用户 的安 全需 求 ， 随着蓝 牙 应 用 的 日益 广 泛 ， 于 医疗 、 而 对 商 业、 金融业 、 军事业 等需 要传输极具价值信息 的行 业， 其数据 安全 ＿Ｊ ２陛能令 人 担 扰 。本 文具 体 研 究 蓝 Ｊ
果相等则认证成功 ， Ｃ （ Ａ Ｏ 认证加密偏移量 ） 就用来 生成加 密密 钥 ， 否则认证 不 成功 。 ３ 生成 加密 密钥 。 ） 加 密密 钥 疋 由当前 链路 密 钥 、６ｂｔ ９ ｉ的加 密偏 移量 Ｃ Ｆ和 １ ８ｂｔ的 随 机数 通 过 Ｅ 算 法 生 成 。 Ｏ ２ ｉ ， 当链路 密钥 为 Ｋ ， Ｏ … 时 Ｃ Ｆ＝Ｂ — Ｄ Ｒ 串联 Ｂ — ＤＡＤ Ｄ Ａ Ｄ 当链路密钥为其他时 ， Ｏ Ａ Ｏ Ｄ Ｒ； Ｃ Ｆ＝ Ｃ 。每当链 路密钥激活加密进程时 ， 设备都将根据 Ｅ 算法 自动 改变 Ｋ 。
数据 加密标 准 Ｄ Ｓ ｄｔ ｅｃｙｔ ｎｓ ｎ ａｄ 是 Ｅ （ ａ ｎ ｒ ｉ ｔ ｄｒ ） ａ ｐｏ ａ 非 常理想 的一个 选 择 Ｊ 。首先 ， Ｅ Ｄ Ｓ作 为 一种 分 组
加 密方法 ， 弃 了 流加 密 法 所 固有 的一 些 缺 陷 ； 摒 其 次 ，Ｅ Ｄ Ｓ已被 广 泛 采 用 并 认 为 是 非 常 可 靠 的 ， 举 穷 法攻 击是 目前 公 认 最 有 效 的对 安 全 机 制 进 行 攻 击 的方 法 ， Ｄ Ｓ的密钥 量 是 ２ 但 Ｅ 个 ， 这是 非 常 庞大 的 数量 ， 穷举 法也 不 易破解 。
高 的 软件 实现 效率 ， 非 常 合 适 的 蓝 牙加 密 算 法 的 是
改 进方 法 。 参 考 文献 ：
［］ 金纯， １ 许光辰 ， 孙睿． 牙技 术［ ． 蓝 Ｍ］ 北京 ： 电子 工业 出
版 社 ，０ ３：５９ ． ２ ０ ６ －０
ｃｆｙｆａ ｒｓ Ｊ ．Ｉ Ｅ ｒｎａｔ ｎ ｎ Ｃ ｍｍ ｎｃ－ ｕ ｔ ｅｔ ｅ ［ ］ Ｅ Ｅ Ｔａｓｃｉ ｓｏ ｏ ｕｉａ ｉ ｕ ｏ
问题 ； 提出利用 Ｄ Ｓ Ｅ 分组加密算法来替代蓝牙的 Ｅ 流加 密算 法 ， 而实 现蓝牙 在更广 范 围 内的应 用 。 从
１ 蓝 牙 的 安全 机 制
在链路层 Ｊ ， 使用 ４个参数来加强通信 的安全
性， 即蓝牙 的设备 地 址 Ｂ — Ｄ Ｒ， Ｄ Ａ Ｄ 它是 唯一 的公 开
摘
要 ： 牙作为一种短距 离无线通信技 术具有诸 多优 势 ， 蓝 牙在设 计之初 对安全 性的考虑 不周导 致 了它的应 蓝 但
用受限。分析 了蓝牙的安全机制 ， 阐述 了蓝牙在认 证鉴权 方面的 问题 和 Ｅ 流加 密算 法存 在的缺 陷。Ｄ Ｓ属 于分 。 Ｅ
组加 密算法具有很 高的安全性 ， 为蓝 牙加 密算 法的改进提 供 了一个新思路 。最后利 用 Ｖ ６ ０来仿 真基 于蓝 牙的 Ｃ．
Ｄ Ｓ算法 ， Ｅ 结果说 明了其具有更 高的安全性能。
关 键 词 ： 牙 ； 牙 安 全机 制 ；ｎ 加 密 ； Ｅ 蓝 蓝 Ｅ流 ＤＳ
０ 引 言
蓝牙 … 作为一 种短 距 离 无 线通 信 技 术 ， 安 全 其 性一 直倍 受 业 界 的广 泛 关 注 和 争 论 。这 主要 是 因
３ 蓝牙加密算法的改进
基 于上文 对 Ｅ 加 密算法 的具体 分析 可知 ， 。 这种
加密算法存 在一定 的安全 隐患。如果 使用蓝牙传 输一 些对 安全 性要 求 不 高 的信 息 时 ， 牙 本 身 的安 蓝
全机 制是 可 以的 ； 是 如 果 将 蓝 牙用 于 一 些重 要 场 但 合来 传输 一些 敏感 数 据 时 ， 需要 对 蓝 牙 的加 密 算 就 法进 行改 进 ， 以满足 相应 的安 全需求 。