【BLE】CC2541之配对与绑定
本篇博文最后修改时间：2017年01月06日，11:06。
一、简介
本文以SimpleBLEPeripheral工程为例，介绍配对与绑定。
二、实验平台
协议栈版本：BLE-CC254x-1.4.0
编译软件： IAR 8.20.2
硬件平台： Smart RF开发板（主芯片CC2541）、USB Dongle
手机平台： 红米1S
安卓系统： Android 4.3
APP： BLE Device Monitor
三、版权声明
博主：甜甜的大香瓜
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五、基础知识
1、什么是配对与绑定？
答：
配对——主从机连接的密码配对过程。
绑定——连接一次后就一直绑定着不需要再输入密码。
2、配对与绑定过程是主从机中的哪一端发起的？
答：配对模式配置为“GAPBOND_PAIRING_MODE_INITIATE”的一端发起的，可以是主机，也可以是从机。
3、配对与绑定发生在什么阶段？
答：早期的蓝牙配对与绑定发生在连接之前，BLE的配对与绑定则发生在连接之后。
4、配对与绑定的过程在连接之后，是否会在连接之后、配对之前的阶段造成数据泄露？
答：是的，可能导致数据泄露。
原因是连接之后，有的APP会弹窗配对并要求配对正确方可操作数据，而有的APP虽会弹窗但允许置之不理直接操作数据（一段时间没有配对成功，从机会认为配对超时而断开，主机APP可在这段超时时间内窃取从机数据）。
解决办法：将特征值在属性表中的属性设置为“加密读”或“加密写”，也就是改成“GATT_PERMIT_AUTHEN_READ”或“GATT_PERMIT_AUTHEN_WRITE”。
六、实验步骤
1、添加一个绑定与否的状态变量（simpleBLEPeripheral.c）
typedef enum
{
GUA_PAIRSTATUS_PAIRED = 0,
GUA_PAIRSTATUS_NO_PAIRED,
}GUA_PAIRSTATUS;
static GUA_PAIRSTATUS gGUA_PairStatus = GUA_PAIRSTATUS_NO_PAIRED; //配对状态，默认是没配对
2、修改绑定初始化 （simpleBLEPeripheral.c的SimpleBLEPeripheral_Init函数中）
// Setup the GAP Bond Manager
{
uint32 passkey = 0; // passkey "000000"
//uint8 pairMode = GAPBOND_PAIRING_MODE_WAIT_FOR_REQ;
uint8 pairMode = GAPBOND_PAIRING_MODE_INITIATE;
uint8 mitm = TRUE;
uint8 ioCap = GAPBOND_IO_CAP_DISPLAY_ONLY;
uint8 bonding = TRUE;
GAPBondMgr_SetParameter( GAPBOND_DEFAULT_PASSCODE, sizeof ( uint32 ), &passkey );
GAPBondMgr_SetParameter( GAPBOND_PAIRING_MODE, sizeof ( uint8 ), &pairMode );
GAPBondMgr_SetParameter( GAPBOND_MITM_PROTECTION, sizeof ( uint8 ), &mitm );
GAPBondMgr_SetParameter( GAPBOND_IO_CAPABILITIES, sizeof ( uint8 ), &ioCap );
GAPBondMgr_SetParameter( GAPBOND_BONDING_ENABLED, sizeof ( uint8 ), &bonding );
}1）GAPBOND_PAIRING_MODE_WAIT_FOR_REQ
这个宏是表示等待对方发起配对请求的模式，如果主从机都是这种模式，则双方都不会发起配对请求。
因此主从机的其中一方必须要配置成GAPBOND_PAIRING_MODE_INITIATE方可进行配对。
从机中往往有机密数据，因此从机端需要配置成GAPBOND_PAIRING_MODE_INITIATE，否则如果配对请求的主动权交予主机，主机一旦不发起请求，那也就无配对过程，导致从机的数据公之于众了。
2）GAPBOND_IO_CAP_DISPLAY_ONLY
这个宏是只显示密码，将密码显示在LCD上给主机看，主机也就知道密码了。
如果设备有按键可以输入密码，也可以选择GAPBOND_IO_CAP_KEYBOARD_ONLY。
3、注册回调函数
1）注册回调函数（替换simpleBLEPeripheral.c中的simpleBLEPeripheral_BondMgrCBs ）
//配对与绑定的回调函数管理
static gapBondCBs_t simpleBLEPeripheral_BondMgrCBs =
{
GUA_ProcessPasscodeCB, //密码回调
GUA_ProcessPairStateCB //绑定状态回调
}; 2）定义密码回调函数和配对状态回调函数
①定义密码回调函数和配对状态回调函数（simpleBLEPeripheral.c中）
//******************************************************************************
//name: GUA_ProcessPasscodeCB
//introduce: 密码回调函数
//parameter: deviceAddr:设备地址
// connectionHandle:连接句柄
// uiInputs:
// uiOutputs:
//return: none
//author: 甜甜的大香瓜
//email: [email protected]
//QQ group 香瓜BLE之CC2541(127442605)
//changetime: 2016.12.13
//******************************************************************************
static void GUA_ProcessPasscodeCB(uint8 *deviceAddr, uint16 connectionHandle, uint8 uiInputs, uint8 uiOutputs)
{
uint32 passcode;
uint8 str[7];
//设置密码
#if 0
LL_Rand(((uint8 *) &passcode), sizeof( uint32 ));
passcode %= 1000000;
#else
passcode = 456890;
#endif
//在LCD上显示
if(uiOutputs != 0)
{
HalLcdWriteString("Passcode:", HAL_LCD_LINE_1);
HalLcdWriteString((char *)_ltoa(passcode, str, 10), HAL_LCD_LINE_2);
}
//发送密码响应给主机
GAPBondMgr_PasscodeRsp(connectionHandle, SUCCESS, passcode);
}
//******************************************************************************
//name: GUA_ProcessPairStateCB
//introduce: 配对状态回调函数
//parameter: connectionHandle:连接句柄
// state:当前配对与绑定的执行状态
// status:当前配对的状态
//return: none
//author: 甜甜的大香瓜
//email: [email protected]
//QQ group 香瓜BLE之CC2541(127442605)
//changetime: 2016.12.13
//******************************************************************************
static void GUA_ProcessPairStateCB(uint16 connHandle, uint8 state, uint8 status)
{
//主机发起连接，会进入开始配对状态
if(state == GAPBOND_PAIRING_STATE_STARTED)
{
HalLcdWriteString("Pairing started", HAL_LCD_LINE_1);
gGUA_PairStatus = GUA_PAIRSTATUS_NO_PAIRED;
}
//当主机提交密码后，会进入配对完成状态
else if(state == GAPBOND_PAIRING_STATE_COMPLETE)
{
//配对成功
if(status == SUCCESS)
{
HalLcdWriteString("Pairing success", HAL_LCD_LINE_1);
gGUA_PairStatus = GUA_PAIRSTATUS_PAIRED;
}
//已配对过
else if(status == SMP_PAIRING_FAILED_UNSPECIFIED)
{
HalLcdWriteString("Paired device", HAL_LCD_LINE_1);
gGUA_PairStatus = GUA_PAIRSTATUS_PAIRED;
}
//配对失败
else
{
HalLcdWriteStringValue("Pairing fail", status, 10, HAL_LCD_LINE_1);
gGUA_PairStatus = GUA_PAIRSTATUS_NO_PAIRED;
}
//配对失败则断开连接
if(gGUA_PairStatus == GUA_PAIRSTATUS_NO_PAIRED)
{
GAPRole_TerminateConnection();
}
}
else if (state == GAPBOND_PAIRING_STATE_BONDED)
{
if (status == SUCCESS)
{
HalLcdWriteString("Bonding success", HAL_LCD_LINE_1);
}
}
} 密码可以选择固定的456890方式，也可以选择随机函数产生的随机数。
以上两个函数，第一次连接时的进入先后顺序为：
ProcessPairStateCB——GAPBOND_PAIRING_STATE_STARTED（0x00）
ProcessPasscodeCB
ProcessPairStateCB——GAPBOND_PAIRING_STATE_COMPLETE（0x01）
绑定后再连接时的进入先后顺序为：
ProcessPairStateCB——GAPBOND_PAIRING_STATE_BONDED（0x02）
（其他步骤被忽略了）②声明密码回调函数和配对状态回调函数（simpleBLEPeripheral.c中）
static void GUA_ProcessPasscodeCB(uint8 *deviceAddr, uint16 connectionHandle, uint8 uiInputs, uint8 uiOutputs);
static void GUA_ProcessPairStateCB(uint16 connHandle, uint8 state, uint8 status); 4、修改特征值char2在属性表中的属性（simpleGATTprofile.c的simpleProfileAttrTbl中）
// Characteristic Value 2
{
{ ATT_BT_UUID_SIZE, simpleProfilechar2UUID },
GATT_PERMIT_AUTHEN_READ,//GATT_PERMIT_READ,
0,
&simpleProfileChar2
},‘5、在按键处理函数里增加清除绑定的功能
static void simpleBLEPeripheral_HandleKeys( uint8 shift, uint8 keys )
{
VOID shift; // Intentionally unreferenced parameter
if ( keys & HAL_KEY_UP )
{
GAPBondMgr_SetParameter( GAPBOND_ERASE_ALLBONDS,0, NULL );
}
}
也就是在连接时按下按键并不会断开，下次想连接还会弹出输密码的框。
七、注意事项
手机可能缓存了之前的代码（在更新过CC2541的代码之后，都需要清除手机端的缓存！！！），因此要清除缓存，清除缓存的方法如下：
方法一：关闭app、关闭蓝牙总开关、打开蓝牙总开关、打开app。
方法二：手机重启。
八、实验结果
使用抓包软件Packet Sniffer，来观察手机app与CC2541之间的配对过程。
1、从机发起配对请求
2、APP弹窗配对框时
（看截图左上角的蓝牙图标，实际上是配对请求的弹窗，香瓜在此先置之不理，试试读写特征值数据看看安全性）
1）读无加密的特征值char1
读未加密的特征值char1，成功返回01，说明连接之后、配对之前，该类属性的特征值也是不安全的。
2）读加密过的特征值char2
读加密了的特征值char2，返回错误状态字0x05，说明连接之后、配对之前，该类属性的特征值是安全的。
3）输错密码时
APP端会退回APP扫描设备的页面。
从机端发现APP发送过来的密码不对时，会断开连接。
4）绑定成功之后，第二次连接
绑定状态下，在安全请求之后，直接跳过了密码验证过程进行数据加密。
5）在开始加密请求之后，正式开始加密
九、本文实验后仍存在的疑问
1、我的抓包出现大量错误通信，因此实验结果中有一些通信过程并没有真正抓到。此类错误暂不明原因，初步怀疑是我工程问题。期待知道大家的测试结果，是否跟我一样？
