藍(lán)牙4.2對(duì)比藍(lán)牙4.0，藍(lán)牙技術(shù)的安全體系

所謂藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)，實(shí)際上是一種短距離無(wú)線電技術(shù)，利用"藍(lán)牙"技術(shù)，能夠有效地簡(jiǎn)化掌上電腦、筆記本電腦和移動(dòng)電話手機(jī)等移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡(jiǎn)化以上這些設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而使這些現(xiàn)代通信設(shè)備與因特網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無(wú)線通信拓寬道路。藍(lán)牙采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段。其數(shù)據(jù)速率為1Mbps。采用時(shí)分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。

藍(lán)牙 這個(gè)名稱來(lái)自于第十世紀(jì)的一位丹麥國(guó)王 Harald Blatand , Blatand在英文里的意思可以被解釋為 Bluetooth( 藍(lán)牙 )藍(lán)牙的創(chuàng)始人是瑞典愛(ài)立信公司，愛(ài)立信早在1994年就已進(jìn)行研發(fā)。1997年，愛(ài)立信與其他設(shè)備生產(chǎn)商聯(lián)系，并激發(fā)了他們對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的濃厚興趣。 1998年2月，5個(gè)跨國(guó)大公司，包括愛(ài)立信、諾基亞、IBM、東芝及Intel組成了一個(gè)特殊興趣小組(SIG)，他們共同的目標(biāo)是建立一個(gè)全球性的小范圍無(wú)線通信技術(shù)，即藍(lán)牙。

藍(lán)牙的名字來(lái)源于10世紀(jì)丹麥國(guó)王Harald Blatand——英譯為Harold Bluetooth(因?yàn)樗窒矚g吃藍(lán)莓,所以牙齒每天都帶著藍(lán)色)。在行業(yè)協(xié)會(huì)籌備階段，需要一個(gè)極具有表現(xiàn)力的名字來(lái)命名這項(xiàng)高新技術(shù)。行業(yè)組織人員，在經(jīng)過(guò)一夜關(guān)于歐洲歷史和未來(lái)無(wú)限技術(shù)發(fā)展的討論后，有些人認(rèn)為用Blatand國(guó)王的名字命名再合適不過(guò)了。Blatand國(guó)王將挪威，瑞典和丹麥統(tǒng)一起來(lái);他的口齒伶俐,善于交際,就如同這項(xiàng)即將面世的技術(shù)，技術(shù)將被定義為允許不同工業(yè)領(lǐng)域之間的協(xié)調(diào)工作，保持著個(gè)各系統(tǒng)領(lǐng)域之間的良好交流，例如計(jì)算，手機(jī)和汽車行業(yè)之間的工作。名字于是就這么定下來(lái)了。

藍(lán)牙技術(shù)的安全體系

1.1四級(jí)安全模式

(1)安全模式1：安全模式l無(wú)任何安全機(jī)制，不發(fā)起安全程序，無(wú)驗(yàn)證、加密等安全功能，該模式下設(shè)備運(yùn)行較快且消耗更小，但數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中極易被攻擊。藍(lán)牙V2.0及之前的版本支持該模式。

(2)安全模式2：安全模式2是強(qiáng)制的眼務(wù)層安全模式，只有在進(jìn)行信道的邏輯通道建立時(shí)才能發(fā)起安全程序。該模式下數(shù)據(jù)傳輸?shù)蔫b權(quán)要求、認(rèn)證要求和加密要求等安全策略決定了是否產(chǎn)生發(fā)起安全程序的指令。目前所有的藍(lán)牙版本都支持該模式，其主要目的在于使其可與V2.0之前的版本兼容。

(3)安全模式3：安全模式3為鏈路層安全機(jī)制。在該模式下藍(lán)牙設(shè)備必須在信道物理鏈路建立之前發(fā)起安全程序，此模式支持鑒權(quán)、加密等功能。只有V2.0以上的版本支持安全模式3，因此這種機(jī)制較之安全模式2缺乏兼容性和靈活度。

(4)安全模式4：該模式類似于安全模式2，是一種服務(wù)級(jí)的安全機(jī)制，在鏈路密鑰產(chǎn)生環(huán)節(jié)采用ECDH算法，比之前三種模式的安全性高且設(shè)備配對(duì)過(guò)程有所簡(jiǎn)化，可以在某種程度上防止中間人攻擊和被動(dòng)竊聽(tīng)。在進(jìn)行設(shè)備連接時(shí)，和安全模式3一樣先判定是否發(fā)起安全程序，如需要?jiǎng)t查看密鑰是否可用，密鑰若可用則使用SSP簡(jiǎn)單的直接配對(duì)方式，通過(guò)鑒權(quán)和加密過(guò)程進(jìn)行連接。建立連接的安全模式機(jī)制流程圖如圖1所示。

近日中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)官網(wǎng)顯示，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院薛開(kāi)平教授團(tuán)隊(duì)在移動(dòng)設(shè)備藍(lán)牙安全研究中取得重要進(jìn)展。

據(jù)悉，他們實(shí)現(xiàn)了在用戶無(wú)感知、無(wú)交互、無(wú)需惡意程序配合的情況下，通過(guò)藍(lán)牙協(xié)議漏洞對(duì)目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行有效攻擊。

而此次項(xiàng)目研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙的7個(gè)高危漏洞，2個(gè)中危漏洞，目前已經(jīng)被國(guó)家信息安全漏洞共享平臺(tái)定級(jí)并收錄。

據(jù)悉，此次測(cè)試中包括Android、iOS、iPadOS、macOS等操作系統(tǒng)下均可實(shí)現(xiàn)靜默狀態(tài)下攻擊，在用戶無(wú)感的情況下偷走用戶設(shè)備中的個(gè)人信息和相關(guān)數(shù)據(jù)。

從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院薛開(kāi)平教授團(tuán)隊(duì)在移動(dòng)設(shè)備藍(lán)牙安全研究中取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)成員實(shí)現(xiàn)了在用戶無(wú)感知、無(wú)交互、無(wú)須惡意程序配合的情況下，通過(guò)藍(lán)牙協(xié)議漏洞對(duì)目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行有效攻擊。該項(xiàng)工作對(duì)保障移動(dòng)設(shè)備的信息安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的ACM計(jì)算機(jī)和通信安全會(huì)議(CCS 2022)會(huì)刊上。

在研究過(guò)程中，此項(xiàng)研究所發(fā)現(xiàn)的藍(lán)牙協(xié)議相關(guān)的7個(gè)高危漏洞、2個(gè)中危漏洞被國(guó)家信息安全漏洞共享平臺(tái)定級(jí)并收錄。 該項(xiàng)研究針對(duì)經(jīng)典藍(lán)牙協(xié)議進(jìn)行安全性分析，首次發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備非固定角色等安全漏洞，結(jié)合已知藍(lán)牙協(xié)議漏洞，逐次突破經(jīng)典藍(lán)牙認(rèn)證、加密、授權(quán)等各項(xiàng)防御機(jī)制，實(shí)現(xiàn)在用戶無(wú)感知無(wú)交互且無(wú)須惡意程序配合的情況下靜默構(gòu)建提取攻擊鏈路，并利用該鏈路完成對(duì)目標(biāo)設(shè)備的命令注入與信息竊取等攻擊。

藍(lán)牙與Wi-Fi可以說(shuō)各有千秋：藍(lán)牙有更低的功耗、小體積、低成本，適用于幾臺(tái)設(shè)備數(shù)據(jù)量少傳輸;Wi-Fi的特點(diǎn)是高帶寬、更多的連接設(shè)備數(shù)目(不同路由器對(duì)連接設(shè)備數(shù)量有不同上限)，適用于數(shù)據(jù)多傳輸。

但隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及，藍(lán)牙與Wi-Fi相繼升級(jí)，雙雙開(kāi)赴同一個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)——藍(lán)牙升級(jí)到5.0版本，提高了帶寬和傳輸范圍;Wi-Fi推出“Wi-Fi HaLow”，降低功耗延長(zhǎng)電池續(xù)航。明眼人可以看出，這兩者重點(diǎn)升級(jí)的方向都是對(duì)方所擅長(zhǎng)的——這意味著功能定位的重合，毋庸置疑，它們將在消費(fèi)級(jí)和企業(yè)級(jí)的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)正面競(jìng)爭(zhēng)。下面著重來(lái)介紹兩個(gè)工作在2.4GHz頻段的藍(lán)牙5和WiFi。

藍(lán)牙的核心是短距離無(wú)線電通訊，它的基礎(chǔ)來(lái)自于跳頻擴(kuò)頻(FHSS)技術(shù)，藍(lán)牙技術(shù)于愛(ài)立信在1994年創(chuàng)制。1998年5月20日，愛(ài)立信聯(lián)合IBM、英特爾、諾基亞及東芝公司等5家著名廠商成立「特別興趣小組」(SpecialInterestGroup，SIG)，即藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟的前身，目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一個(gè)成本低、效益高、可以在短距離范圍內(nèi)隨意無(wú)線連接的藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)過(guò)這么些年的發(fā)展，藍(lán)牙已經(jīng)從最初的1.0版本演變到了目前最新的5.2版本。在歷代的版本更迭中，藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)有了非常大的變化。說(shuō)起各個(gè)版本的特性，可能不少人都一知半解，今天，小億就目前市面上主要應(yīng)用到的藍(lán)牙BLE版本特性進(jìn)行簡(jiǎn)要的差異介紹。

藍(lán)牙4.2對(duì)比藍(lán)牙4.0

藍(lán)牙4.2協(xié)議是有藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟在2014年推出的協(xié)議版本，對(duì)比2010年推出的藍(lán)牙4.0協(xié)議，進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的提升。

1、速度傳輸更快

與4.0相比，藍(lán)牙4.2標(biāo)準(zhǔn)下，設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸速度提升了約2.5倍，藍(lán)牙智能數(shù)據(jù)包可容納的數(shù)據(jù)量相當(dāng)于此前的約10倍。

2、安全性更高

此外，藍(lán)牙4.2的安全性也有所提升，如果沒(méi)有得到用戶許可，藍(lán)牙信號(hào)將無(wú)法嘗試連接和追蹤用戶設(shè)備，并且無(wú)法進(jìn)行智能定位。

3、功能更強(qiáng)大

新標(biāo)準(zhǔn)還推動(dòng)了IPv6協(xié)議引入藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)程，藍(lán)牙4.2設(shè)備可以直接通過(guò)IPv6和6LoWPAN接入互聯(lián)網(wǎng)，且支持低功耗IP連接。

之后于2016年，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟又推出了藍(lán)牙5.0版本。在之前的4.2版本基礎(chǔ)上又進(jìn)行了進(jìn)一步的提升。

藍(lán)牙5.0對(duì)比藍(lán)牙4.2

1、容量及速度

與藍(lán)牙版本4.2相比，藍(lán)牙5.0可以帶來(lái)兩倍的數(shù)據(jù)傳輸速度，數(shù)據(jù)傳輸容量提高了800%。換句話說(shuō)，使用藍(lán)牙5.0，可以以更快的速度傳輸和接收更多數(shù)據(jù)。

2、傳輸距離

與藍(lán)牙版本4.2相比，藍(lán)牙5.0的帶寬(傳輸速度)由1Mbps提高到了2Mbps，傳輸距離提高到4倍，即理論有效工作距離為300米，還提供了低功耗模式。

3、字節(jié)量

與藍(lán)牙4.2版本相比，藍(lán)牙5.0可以廣播255字節(jié)的數(shù)據(jù)包，不再是31字節(jié)，從而減少了2.4GHz頻段干擾造成的傳輸效率損失。

4、定位能力

與藍(lán)牙4.2相比，藍(lán)牙5.0還增強(qiáng)了室內(nèi)外的定位能力，即在不建立真正連接的情況下，可以將大量信息傳輸?shù)狡渌嫒菰O(shè)備上。