Matter 设备配网流程 ---- 配网材料和 SPAKE2P 机制

Matter 设备配网流程 ---- 配网材料和 SPAKE2P 机制

1. Matter 配网材料

Matter 配网（commissioning）使用 SPAKE2P 协议完成 PASE，进而验证 DAC（Device Attestation Credentials），派发 NOC，然后就可以使用 NOC 完成 CASE，在 CASE 上安全地交互控制、查询等命令。

• SPAKE2P 协议交互需要设备端提供 Spake2pIterationCount，Spake2pSalt，Spake2pVerifier，Passcode。

  • Spake2pIterationCount （下文简称 Iterations）的范围是 1000 ~10000。

  • Spake2pSalt （下文简称 Salt）是 16 ~ 32 bytes 的随机数。

  • Spake2pVerifier （下文简称 Verifier）是由 SPAKE2P 中的 W0 和 L 拼接而成的数据，L 是由 SPAKE2P 的 W1 和 P 计算得来的，固定 97 bytes。

  • passcode 是一个 27 bit 的数值，范围从 0x0000001 to 0x5F5E0FE (即 十进制的 00000001 to 99999998 ）,并且不能是以下这些无效值: 00000000, 11111111, 22222222, 33333333, 44444444, 55555555, 66666666, 77777777, 88888888, 99999999, 12345678, 87654321。

• DAC 验证流程需要设备端提供 DeviceAttestationCert，DeviceAttestationKey，ProductAttestationIntermediateCert（PAI），CertificationDeclaration（CD）。

• 另外，为了优化服务发现的性能，一般设备端还会提供 Discriminator（12bit value）。

  注：这里的设备端指的是commissionee 角色的物理设备，下文也是如此。

2. Matter 配网流程中的 PASE

配网的成功的前提是 commissioner 已经通过 out-of-band 方式获取动了 passcode。

2.1 Matter设备首次配网过程中的 PASE 流程

大致流程如下图：

commissioner commissionee PBKDFParamRequest PBKDFParamResponse PASE_Pake1 PASE_Pake2 PASE_Pake3 status report commissioner commissionee

1. commissioner 发送 PBKDFParamRequest，commissionee 响应 PBKDFParamResponse，这样 commissioner 获取到 spake2p 的 iteration 和 salt。

2. commissioner 基于 passocde 、Iterations、Salt 以及 EC 参数中随机选取的 p，计算得出自身的 w0 和 w1，将 w0 和 w1 转换并打包成 pA，在 PASE_Pake1 中发送给commissionee 。

3. commissionee 也基于 passocde 、Iterations、salt 以及 EC 参数中随机选取的 p，计算得出自身的 w0 、w1和 L（当然可以直接从 pakeVerifier 获取 w0 和 L，对于设备端，目前的代码实现是直接从pakeVerifier 获取 w0 和 L），将 w0 和 L 转换并打包成 pB。同时，基于pA、pB 计算得到 TT，再由 TT 计算得到 cB。 在 PASE_Pake2 中将 pB 和 cB 发送 commissioner 。

   注：双方基于pA、pB 计算得到各自的 TT，再从 TT 得到 cA，cB，Ke。

4. commissioner 也根据 pA、pB 得出 cA，cB，Ke，比对 PASE_Pake2 收到的 cB 和计算得到的 cB，如果一致，验证成功。同时将 cA 在 PASE_Pake3 发送给 commissionee 。

5. commissionee 比对 PASE_Pake3 收到的 cA 和 自身计算得到的 cA，如果一致，验证成功，不一致就是失败，并将结果通过 status report 报文发送给 commissioner 。

6. 在验证成功的情况下，双方根据 Ke 计算得到 I2RKey 和 R2IKey，这是 PASE session 上报文加解密的 key，至此，PASE 完成。

运行日志如下图：

2.2 Mult-Fabirc 的非首次配网过程中的 PASE 流程

Matter 支持将设备同时加入不同的 Fabric。当设备已经配网，想要将它同时加入其它 Fabric，需要原来 commissioner 的同意和支持。原 commissioner 需要发送 Verifier，Discriminator，Iterations，salt 给设备，并通知设备开启 commission window（这些操作是基于 CASE 的）。同时将 passcode 以 out-of-band 的方式提供给新的 commissioner。注意，passcode 不会通过网络方式传输给 commissionee 以强化安全。设备基于接收到的这套 Verifier，discriminator，Iterations，Salt 执行配网操作加入新的 Fabric。

开启配网窗口命令是 Administrator Commissioning Cluster （0x003C）的 OpenCommissioningWindow 命令，该命令有5个参数：CommissioningTimeout，Verifier，Discriminator，Iterations，Salt。设备端运行日志如下图：

passcode 或者 QR code 是由 commissioner 提供，运行日志如下图：

3. 为什么 commissionee 设备内部同时保存 pakeVerifier 和 passcode 呢？

有2个方面的原因：

1. 设备生产时，需要打印 passcode 和 QR code 到设备上，并且每个设备都不同。在实际产线流程中，从设备读取 passcode 后生成QR code 并打印相关标签是合理简单的操作方式。而 passcode 无法 pakeVerifier 推导出来是保存 passcode 的原因。

2. 多少情况下，Matter 设备都是资源严重受限的嵌入式设备，从 passcode 计算 pakeVerifier 是个耗资源的操作，所以预置 pakeVerifier 可以优化配网性能。而 PASE 只在配网时用到，所以安全风险很小。

4. pakeVerifier 生成工具

Iterations，Salt，Verifier，Passcode 是一组强关联的数据，需要绑定使用才有效。为了保证安全性，还需要让 passcode、Salt 尽量随机化。通过 Matter 提供的 spake2p 工具 (代码位于 src/tools/spake2p ) 来生成这组数据，比如给定 Iterations、Salt 生成 Verifier，也可以让工具一次性生成多组随机 Iterations、Salt 以及相应的 Verifier，该工具可以将生成的数据输出到 CSV 文件。
生成 Verifier，也可以让工具一次性生成多组随机 Iterations、Salt 以及相应的 Verifier，该工具可以将生成的数据输出到 CSV 文件。