BLE4.0配對繫結過程的底層剖析
一、實驗目的
1、瞭解主從配對繫結的過程中底層是怎麼執行的；
二、說明
1、關於配對於繫結，網上查了很多資料都沒查到什麼，問了很多人也沒有回答的，所以我決定自己深入瞭解底層關於配對與繫結是如何執行的，我用了接近兩個星期來理解的，效率很低，在這裡總結一下，希望能幫助到別人。
2.這裡之是大概講了一個方向，因為涉及的點太多，無法一一列出，需要研究細節的，自己去探討一下，不懂可以在群上討論
三、實驗平臺
1、藍芽協議棧：1.3.2
2、軟體平臺：IAR For 8051 8.10.3
5、硬體平臺：Smart RF開發板（從機），Android_Lightblue（主機）
四、實驗步驟
1.static void gapRole_ProcessGAPMsg( gapEventHdr_t *pMsg )
{
switch ( pMsg->opcode )
{
case GAP_LINK_ESTABLISHED_EVENT：
if ( pPkt->hdr.status == SUCCESS )
{
// Notify the Bond Manager to the connection //通知繫結管理調出綁定當前連線主機的繫結資訊如LTK等
VOID GAPBondMgr_LinkEst( pPkt->devAddrType, pPkt->devAddr, pPkt->connectionHandle, GAP_PROFIL E_PERIPHERAL );
}
}
2.bStatus_t GAPBondMgr_LinkEst( uint8 addrType, uint8 *pDevAddr, uint16 connHandle, uint8 role )
{
idx = GAPBondMgr_ResolveAddr( addrType, pDevAddr, publicAddr );//檢視當前連線的主機是否繫結過
if ( idx < GAP_BONDINGS_MAX ) //如果當前連線主機在NV的某個位置（繫結過)則將繫結資訊調出，否則不管
{
// On peripheral, load the key information for the bonding 從機加載出繫結的金鑰資訊
// On central and initiaiting security, load key to initiate encyption 主機加載出繫結的金鑰資訊並向從機發出加密請求
gapBondMgrBondReq( connHandle, idx, stateFlags, role,
((gapBond_PairingMode == GAPBOND_PAIRING_MODE_INITIATE ) ? TRUE : FALSE) )
// If Peripheral and initiating, send a slave security request to initiate either pairing or encryption
//調用出繫結資訊後，向主機發出安全請求，主機發起加密或配對（如果沒繫結過）
if ( role == GAP_PROFILE_PERIPHERAL &&
gapBond_PairingMode == GAPBOND_PAIRING_MODE_INITIATE )
{
gapBondMgrSlaveSecurityReq( connHandle ); //向主機發送安全請求
}
}
3.等待主機發送配對（沒繫結）或加密請求（繫結過）
一、沒繫結過
1.static void gapRole_ProcessGAPMsg( gapEventHdr_t *pMsg )
{
switch ( pMsg->opcode )
{
GAP_PAIRING_REQ_EVENT: //接收到主機的配對請求
{
// Send pairing response //配對響應
gapBondMgrAuthenticate( pPkt->connectionHandle, pLinkItem->addrType, &(pPkt->pairReq) ); //啟動認證
}
}
}
2.static void gapBondMgrAuthenticate( uint16 connHandle, uint8 addrType,gapPairingReq_t *pPairReq )
{
VOID GAP_Authenticate( ¶ms, pPairReq ); //認證，根據配對請求接收到的主機資訊（如主機的配對能力等）跟自己的配對能力做比較然後執行下一步動作（由於從機設定成GAPBOND_IO_CAP_DISPLAY_ONLY，所以主機索求密碼）
}
3.static void gapRole_ProcessGAPMsg( gapEventHdr_t *pMsg )
{
switch ( pMsg->opcode )
{
case GAP_PASSKEY_NEEDED_EVENT: //向主機索求密碼
{
if ( pGapBondCB && pGapBondCB->passcodeCB ) //用回撥函式傳送密碼請求
{
// Ask app for a passcode
pGapBondCB->passcodeCB( pPkt->deviceAddr, pPkt->connectionHandle, pPkt->uiInputs, pPkt->uiOutputs );
}
}
}
4.static void ProcessPasscodeCB(uint8 *deviceAddr,uint16 connectionHandle,uint8 uiInputs,uint8 uiOutputs )
{
passcode = 123456; //使用固定密碼123456
// Send passcode response
GAPBondMgr_PasscodeRsp( connectionHandle, SUCCESS, passcode ); //傳送密碼請求給主機
}
5.等待主機回覆密碼，從機接收到主機的密碼回覆後，在底層對接收到的密碼做校驗，要麼密碼不正確（status=SMP_PAIRING_FAILED_CONFIRM_VALUE），要麼正確(status=SUCCESS)，要麼主機取消輸入操作(status=SMP_PAIRING_FAILED_PASSKEY_ENTRY_FAILED)，在校驗密碼完成後，從機觸發GAP_AUTHENTICATION_COMPLETE_EVENT事件並向主機發送自己的認證資訊TLK等（認證成功）或傳送認證status=Msg Buffer Not Available（密碼錯誤），傳送訊息是底層完成的，不開源；
6.static void gapRole_ProcessGAPMsg( gapEventHdr_t *pMsg )
{
switch ( pMsg->opcode )
{
case GAP_AUTHENTICATION_COMPLETE_EVENT: //認證完成
{
if ( (pPkt->hdr.status == SUCCESS) && (pPkt->authState & SM_AUTH_STATE_BONDING) )//判斷認證是否成功
{
// Save off of the authentication state
VOID gapBondMgrAddBond( &bondRec, //繫結
(gapBondLTK_t *)pPkt->pSecurityInfo,
(gapBondLTK_t *)pPkt->pDevSecInfo,
((uint8 *)((pPkt->pIdentityInfo) ? pPkt->pIdentityInfo->irk : NULL )),
((uint8 *)((pPkt->pSigningInfo) ? pPkt->pSigningInfo->srk : NULL )),
((uint32)((pPkt->pSigningInfo)?pPkt->pSigningInfo->signCounter :GAP_INIT_SIGN_COUNTER ))
}
// Call app state callback
if ( pGapBondCB && pGapBondCB->pairStateCB ) //通知回撥函式當前認證的狀態，密碼正確或不正確
{
pGapBondCB->pairStateCB( pPkt->connectionHandle, GAPBOND_PAIRING_STATE_COMPLETE, pPkt->hdr.status );
}
}
}
二、繫結過
1.主機接收到從機的安全請求後，會檢查當前連線的從機是否繫結過，繫結過的話，利用繫結的資訊做加密並向從機發送加密請求；
2.從機接收到主機的加密請求後，用GAP_LINK_ESTABLISHED_EVENT中的調出來的繫結資訊跟主機進行三次加密握手（底層完成），如果加密成功，從機向主機發送繫結完成事件（status=SUCCESS）並觸發GAP_BOND_COMPLETE_EVENT事件，如果加密不成功(從機刪除繫結資訊)，從機向主機發送繫結完成事件（status=LL_REJECT_IND）事件但不觸發GAP_BOND_COMPLETE_EVENT事件
3.static void gapRole_ProcessGAPMsg( gapEventHdr_t *pMsg )
{
switch ( pMsg->opcode )
{
case GAP_BOND_COMPLETE_EVENT: //繫結完成
#if ( HOST_CONFIG & CENTRAL_CFG ) //主機
if ( pPkt->hdr.status == LL_ENC_KEY_REQ_REJECTED ) //如果加密失敗且status =LL_ENC_KEY_REQ_REJECTED
{
switch ( gapBond_BondFailOption ) //當繫結過，但是加密失敗的時候，主機可以啟動重新配對
{
case GAPBOND_FAIL_INITIATE_PAIRING:
// Initiate pairing
gapBondMgrAuthenticate( pPkt->connectionHandle, pLinkItem->addrType, NULL );
break;
}
}
}
#endif
if ( pGapBondCB && pGapBondCB->pairStateCB ) //加密成功，通知回撥函式
{
pGapBondCB->pairStateCB( pPkt->connectionHandle, GAPBOND_PAIRING_STATE_BONDED, pMsg->hdr.status );
}
}
}
}
五、總結
1.每次連線後，從機都會向主機發送安全請求gapBondMgrSlaveSecurityReq( connHandle )，如果沒有相互繫結過，主機會發起配對（配對資料中包括主機的金鑰等），配對完成後，從機觸發GAP_AUTHENTICATION_COMPLETE_EVENT並向主機發送自己的認證資訊LTK等，這樣相互儲存認證資訊LTK等後就算綁定了；
2.每次連線後，從機都會向主機發送安全請求gapBondMgrSlaveSecurityReq( connHandle )，如果配對繫結過，主機和從機會以儲存下來的認證資訊LTK等來做加密認證，如果加密成，從機觸發GAP_BOND_COMPLETE_EVENT事件並向主機發送繫結完成訊息（status=0x00）SUCCESS，如果認證失敗(從機刪除繫結資訊)，從機會向主機發送繫結完成訊息（status=0x06）LL_REJECT_IND事件當不觸發GAP_BOND_COMPLETE_EVENT事件;
六、補充
1.問題一：從機跟主機配對過一次後，不會再次配對；
答：從機跟主機配對過後，相互儲存繫結的認證資訊，當再次連線時，主機先會去檢查當前從機是否繫結過，如果有，就不會在發起配對了，即使是從機更改了配對密碼也是一樣，因為再次連線加密認證時是用儲存好的繫結資訊（LTK）來做加密認證的，而不是配對密碼，配對密碼只是臨時密碼（TK），用來在配對時產生LTK的，如果不用配對，更改配對密碼是沒有任何意義的；
2.問題二：主從機如何刪除繫結？
答：主機：在手機的系統藍芽設定裡面有取消配對；
從機：GAPBondMgr_SetParameter( GAPBOND_ERASE_ALLBONDS,0, NULL ); 這個函式可以刪除所有繫結，但前提它不會立即執行，它要先確認從機當前是在連線狀態還是在無連線狀態，無連線狀態時，刪除繫結是立即執行，連線狀態時，需要等斷開連線後自動執行，詳情可以自己看一下這個函式的程式碼就好，想在連線狀態下刪除繫結可以直接用gapBondMgrEraseAllBondings()，想刪除某個繫結可以用gapBondMgrEraseBonding()；
3.問題三：為什麼從機刪除繫結後，IOS lightblue 不會重新配對，android lightblue會重新配對，IOS lightblue只有在系統藍芽中取消配對在可以重新配對；
答：上面的實驗步驟二.2講到在從機刪除繫結後，主機再和從機連線時，最終會加密失敗，從機會發送失敗訊息給主機，主機可以在接收到加密失敗訊息後重新啟動配對，像二.3一樣，至於IOS lightblue 不會重新配對，android lightblue會重新配對,那只是APP程式編寫不同而已了；
4.很多人問為什麼在阿莫資料中的藍芽4.0連線之配對與繫結實驗中，OLED顯示bonding success 是在配對後的第二次連線才會顯示
答：依總結.2看來，第一次配對繫結並不會觸發GAP_BOND_COMPLETE_EVENT事件的，而阿莫的OLED顯示bonding success 就是放在GAP_BOND_COMPLETE_EVENT事件，，所以第一次配對OLED不會顯示bonding success，在主從配對繫結後，每次連線時，如果加密成功都會觸發GAP_BOND_COMPLETE_EVENT事件，所以在配對之後的第一次連線才會顯示bonding success，實際上繫結相當與儲存認證資訊而已，在GAP_AUTHENTICATION_COMPLETE_EVENT中gapBondMgrAddBond就已經做了，你也可以在GAP_AUTHENTICATION_COMPLETE_EVENT事件中做OLED顯示bonding success ；
---------------------
作者：紅-蘿蔔
來源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/zhuangjitongxue/article/details/49745113
版權宣告：本文為博主原創文章，轉載請附上博文連結！