1、Provisioning bearer layer

1.1、PB_ADV

1.2、Generic Provisioning layer

1.2.1、Generic Provisioning PDU types

1.3、Provisioning 包组成小结

2、Link Establishment procedure

3、Generic Provisioning behavior

4、Provisioning protocol

4.1、Provisioning PDUs

4.1.1、Provisioning Invite

4.1.2、Provisioning capabilities

4.1.3、Provisioning Start

4.1.4、Provisioning Public Key

4.1.5、Provisioning Input Complete

4.1.6、Provisioning Confirmation

4.1.7、Provisioning Random

4.1.8、Provisioning Data

4.1.9、Provisioning Complete

4.1.10、Provisioning Failed

4.2、Provisioning behavior

Provisioning 是将未配网设备加入到 mesh 网中的过程，该过程是通过 provisioner 来实现的。Provisioner向未配网设备提供provisioning 数据，其中包括 network-key、当前网络的 IV_Index，还有设备每一个 element 对应的 unicast 地址。

provisioner可以是手机或者其他智能设备，一个mesh网中只需要一个provisioner角色，但是亦可以允许多个provisioner实现，多个provisioner共存时的数据共享可以被特定实现。

provisioning过程，首先需要在未配网设备和provisioner节点间建立一个provisioning-bearer。未配网设备向provisioner广播自己的 UUID 以及其他必要信息(Mesh beacon)。provisioner连续扫描消息，收到未配网设备的消息时，选择与某一个对应的设备建立 provisioning-bearer。

Provisioning-bearer 建立后，provisioner与为配网设备间使用Elliptic Curve Diffie-Hellman (ECDH)协议加密。

框架图如图：

Provision协议使用分层的结构，如上图所示。设备的provision过程是通过发送provisioning-PDU实现的。provisioning-PDU通过generic provision layer层发往未配网设备。该层定义了provisioning-PDU是如何传输、分段重组的，传输包通过provisioning-bearer发送。provisioning-bearer定义了连接对话是如何建立的，即generic provision layer的传输包是怎样被传送到设备的。最后，在provision结构的最下层就是 bearers。

1、Provisioning bearer layer

provisioning bearer layer 实现了在 provision 过程中 provisioning PDUs 的传输。mesh协议中定义了两种 provisioning bearers

PB-ADV
PB-GATT

未配网设备可以支持 PB_ADV 或是 PB_GATT，建议在未配网设备同时实现两种 bearer。provisioner至少支持一种，强烈建议provisioner支持 PB-ADV。

1.1、PB_ADV

PB-ADV是一个provisioning bearer，是用来在advertising channel上使用Generic Provision PDUs来进行provision的。provision机制是基于对话(session)的。一个未配网设备一次只能支持一个对话(session)，而对于provisioner则无此限制。

PB-ADV用来传输Generic Provisioning PDUs，PB-ADV bearer最大的传输单元（Maximum Transmission Unit, MTU）是24个字节。

针对 PB-ADV 这种承载层类型，根据 ADV 数据的承载规则，定义了数据：

这里的 AD Type 被 mesh spec 指定为《PB-ADV》，通过查阅 Spec

https://www.bluetooth.com/specifications/assigned-numbers/generic-access-profile/

发现《PB-ADV》为 0x29；

注意：支持 PB-ADV 的设备应该以占空比100%的频率扫描消息，以免丢失Generic Provision PDUs

可以看到，这个 Contents 的类型是 PB-ADV PDU 包，它的组成是：

LinkID：用来表示两个设备之间的一个连接。

Transaction Number：包含一个1-byte的值，用来表示每个Generic Provisioning PDU，如果Generic Provisioning PDU经过了分段，则每个分片的Transaction Number 都是相同的。而且当Generic Provisioning PDU重发时，该值也是不变的。

在实现时还需要遵循以下几条规则：

当PB-ADV PDU包含Provisioning Bearer Control PDU时， Transaction Number应该设置为0.
当一个Provisioner通过一个打开的provision link，首次发送Provisioning PDU时，Transaction Number 的值应该从0x00开始，每发送一个Provisioning PDU该值累加。当到达0x7F时，返回的0.
当未配网设备通过一个打开的provisin link首次发送PDU时，Transaction Number的值应该从0x80开始，每发送一个provisioning PDU累加1.当到达0xFF时，返回到0x80.
当一个设备收到provisioning PDU时，将会根据收到包的Transaction Number值来设置该值。
当一个设备发送Transaction响应PDU时， Transaction Number 值应该设置为其响应的那条消息的 Transaction Number 值。

1.2、Generic Provisioning layer

Generic Provisioning PDU 包含两部分，一部是Generic Provisioning Control(GPC)field, 紧接着是Generic Provisioning Payload。

其中的两个位域的字节数和含义为：

Generic ProvisionIng Control field 的最低两位包含一个 Generic Provisioning Control Format （GPCF）field，该值决定了PDU 的类型。

GPCF 的含义定义如下：

1.2.1、Generic Provisioning PDU types

1.2.1.1、Transaction Start PDU

Transaction Start PDU （Generic Provisioning Control）用来开始一段分段消息传输，其格式如下：

SegN：代表了分段的最后一个分段的 number；可以理解为有多少个分段；

GPCF：2’b00 代表是 Transaction Start PDU

TotalLength： Provisioning PDU 的字节数

FCS：Provisioning PDU 的 Frame Check Sequence

1.2.1.2、Transaction Acknowledgment PDU

Transaction Acknowledgment PDU 用来应答一个 Provisioning PDU

GPCF 固定为 0'b01；

1.2.1.3、Transaction Continuation PDU

Transaction Continuation PDU用来传输后续的 provisioning PDU，其结构如下所示：

SegmentIndex：指明分段的 Index

GPCF 固定为 0'b10；

1.2.1.4、Provisioning Bearer Control

Provisioning Bearer Control PDU 用来管理 bearer 上的对话（session），其格式如下：

因为它含有 Opcode 和 Parameters，所以根据不同的 Opcode，Provisioning Bearer Control 在细分为：

A、Link Open

该消息用于打开一个连接，该消息需要使用Link-ACK-message来响应。

一个设备一次只能处理一个连接，当一个连接处于活动状态时，会忽略其他的Link-Open-message.

Link_Open_message消息的参数是需要建立连接的设备的UUID，如下所示：

B、Link ACK

该消息用来响应Link-Open-message，没有参数，只有一个字节，如下所示：

C、Link Close

该消息同来关闭一个连接，由于该消息是没有响应的，因此发送端需要重复发送该消息至少三次，连接两端都可以发送该消息，并处理该消息。该消息的参数域描述关闭连接的原因，其结构如下：

1.3、Provisioning 包组成小结

2、Link Establishment procedure

Link Establishment procedure 用于建立一个对话（session），一个对话用 Link ID 标识，在连接过程中该值不会变化。Link ID需要随机生成，以避免多个对话间冲突。

连接建立时，未配网设备使用 UUID 标识，Provisioner 扫描未配网设备的广播（Mesh beacon），然后provisioner发起 Link-Open-message 来建立连接。Link-Open-message 中包含了未配网设备的UUID。在PB-ADV上的PB-ADV PDU包含了连接的Link ID.

对于一个没有配网并且已经收到了Provisioning Invite PDU的设备，当其收到 Link Open messsage 时，会响应该消息返回一个带有相同 LinkID 的Link ACK message.

连接可以在任何时候通过发送 Link Close message 来关闭，连接的两端都可以发送该消息。

连接建立的流程可以用下图表示：（一个通用流程）

解读如下：

1、空中有 3 个未入 mesh 网的设备，#1、#2、#3，他们通过 Mesh Beacon 来告知别人希望入网（包含UUID和OOB）

2、有一个 Provisioner 听到了有三个希望入网的设备，选择了 UUID #2 的设备入网；

3、Provisioner 给 #2 设备发送 Link Open 消息（UUID 为 #2）；

4、#2收到了 Link Open 消息，并回复 Link ACK；

5、开始入网流程 Provisioning Process；

6、#2 发送 Link Close，携带 Reason（是否入网成功）；

Provisioning Process 是一个稍微复杂一些的过程，在后面罗列；

3、Generic Provisioning behavior

每个Generic Provisioning PDU发送时，要与上一个PDU有一个20~50毫秒的随机延时。

每个Provisioning PDU都应该作为一个独立的消息包，每个消息包由一个或多个分段组成。

Provisioning PDU被分段的数量，取决于该PDU的大小，segment Index可以是0~63之间的数。segment 0 应该使用Transaction Start PDU来发送。其他的分段应该使用Transaction Continue PDU来发送。每个分段都被放入Generic Provisioning Payload中。

每个bearer都有一个MTU最大值限制，每个Generic ProvisionIng PDU都应该是最长的MTU长度，最后一个分段除外。

发送端需要顺序发送每个分段，如果发送端没有收到回应，那么发送端会重发整个PDU的所有消息。

若果发送端收到了 Transaction Acknowledgement message，则表示传输成功。

如果发送端在发送第一条消息后30秒内，没有收到Transaction Acknowledgement message，则发送端会取消传输，终止provision过程，关闭link。

接收端会根据Transaction Start PDU中的内容，判断分段的个数。

在PB-ADV bearer中，当接收端收到了所有的分段，它会计算收到Provisioning PDU的FCS，如果该值符合Transaction Start PDU中的FCS值，那么接收端就会在一个20~50毫秒的人随机延时之后，发送一个Transaction Acknowledgement PDU。

4、Provisioning protocol

4.1、Provisioning PDUs

Provisioning PDUs 用来在 Provisioner 和 device 之间交互，Provisioning PDUs用 Generic Provisioning layer 层来进行传输。

他在整个包中的位置是：

Provisioning PDUs 的格式如下：

第一个字节的 Type 决定了 Provisioning PDUs Parameters的格式：

Type	Name	Description
0x00	Provisioning Invite	邀请一个设备加入mesh网络
0x01	Provisioning Capabilities	指示设备的能力
0x02	Provisioning Start	指示provisioner基于设备的能力所选择的provisioning方式
0x03	Provisioning Public Key	包含设备的或者prvisioner的Public Key
0x04	Provisioning Input Complete	指示用户已经完成值输入
0x05	Provisioning Confirmation	包含provisioner的或者设备的provisioning确认值
0x06	Provisioning Random	包含设备的或者provisioner的provisioning随机值
0x07	Provisioning Data	包括分配给主元素的unicast地址，一个网络密钥（network key），NetKey索引，标志（Flags）和IV索引
0x08	Provisioning Complete	指示provisioning完成
0x09	Provisioning Failed	指示provisioning失败
0x0A-0xFF	RFU	为将来使用保留

4.1.1、Provisioning Invite

Provisioner 发送Provisioning Invite 来指示device provisioning 流程开始，Provisioning Invite PDU的 Parameters 部分定义如下：

4.1.2、Provisioning capabilities

device 发送这个消息给 Provisioner 用来指示自己支持的 provisioning capabilities，parameters 格式如下

配网能力PDU包含：

The number of elements the device supports. 设备有的元素数量
The set of security algorithms supported. 支持的安全机制
The availability of its public key using an Out-of-Band (OOB) technology. 公钥的使用OOB的方法
The ability for this device to output a value to the user. 输出一个值给用户的能力
The ability for this device to allow a value to be inputted by the user. 用户输入值的能力

每个字段还有子字段，详见 Spec，内容较多，不在过细的分析；

4.1.3、Provisioning Start

Provisioner 根据 Provisioning Capabilities PDU 的选择来指示启动配置的 method，就是再 Provisioning Start 这个PDU中发送的，Parameters 的格式如下：

4.1.4、Provisioning Public Key

Provisioner 发送这个PDU来颁发 public key（通过ECDH 加密计算），

有两种加密信息的技术：对称加密（密钥加密）对称加密（公钥加密）。

Symmetric encryption 对称加密使用同样的密钥来加密和解密。因为发送端和接收端都知道密钥，他们可以加密和解密所有的报文。但是，这种方法使得交换密钥会非常困难，很难保证这个密钥不落入他手。

Asymmetric encryption 非对称加密，使用两个相关密钥，一对密钥--公钥和私钥，来解决刚才对称加密遇到的问题。公钥可以给任何需要发信息给你的设备，而私钥是保密的，只有你自己知道。任何使用公钥来加密的信息（文字，二进制文件或者对称密钥）只能使用相同的算法和对应的私钥才能解密。这意味着你不用担心传输公钥，因为他只能加密而不能解密。但是非对话加密会要求更多的处理能力和时间来完成加密和解密。

在蓝牙Mesh的使用场合，大部分的设备是基于嵌入式芯片或者模块的，所以如果每次通信都用非对称加密的话代价太大。所以蓝牙选择的是两种方式的结合。

Asymmetric cryptography不对称密码:椭圆曲线Diffie–Hellman
(ECDH)是一种匿名密钥协议协议，允许双方各有一个椭圆曲线公私密钥对，在不安全的通道上建立一个共享的秘密。在蓝牙网格配置中，ECDH的目的是允许创建配网者和未配网设备之间的安全链接。它使用公钥和私钥分发一个对称密钥，这两个设备可以用来加密和解密后续消息。

Symmetric cryptography:对称密码:在蓝牙Mesh网络中传输的每条消息都使用AES - 128加密技术进行加密。AES - 128算法是一种通用的对称加密/解密引擎，常用于嵌入式平台。

在交换公钥阶段，有两种方法可以交换ECDH公共密钥。它们可以通过蓝牙连接或通过OOB隧道进行交换。在配网邀请阶段，未配网设备已经报告是否支持通过OOB隧道发送其公钥。如果支持，配网者人可以继续使用它，并通过发送一个配网启动PDU通知未配网设备。

如果没有未配网设备支持通过OOB隧道的公钥交换，那么一个临时的公钥就从配网者传输到设备，未配网设备可以使用适当的OOB技术来读取一个静态公共密钥 (比如二维码)，见图。如果不支持OOB隧道，那就通过一个BLE的连接通道交换；

详见：https://www.bluetooth.com/blog/provisioning-a-bluetooth-mesh-network-part-1/

Parameters 格式如下：

4.1.5、Provisioning Input Complete

当用户完成输入操作的时候，device 发送这个PDU，这个PDU没有 parameters

4.1.6、Provisioning Confirmation

Provisioner 或者 device 发送这个 PDU 给配对方，以此来证实数据已经交互了，交换的数据包括 OOB Authentication value 和random number，Parameters格式如下：

4.1.7、Provisioning Random

Provisioner或者Device发送这个PDU来验证Confirmation值的有效性，格式定义如下：

4.1.8、Provisioning Data

Provisioner发送这个PDU来将provisioning数据给Device。Parameters格式如下：

4.1.9、Provisioning Complete

Devices 发送这个PDU来指示自己成功的接收到和处理了provisioning data。没有Parameters。

4.1.10、Provisioning Failed

device发送这个PDU来通知自己没有成功的接受到启动配置协议 PDU ，parameters的格式如下：

Error Code 定义如下：

4.2、Provisioning behavior

Provisioning 流程分为了 5 个步骤：

beaconing

invitation

exchanging public keys

authentication

distribution of the provisioning data

整个逻辑如下所示：

主要根据 OOB 信息来进行不同分支；

首先是邀请流程：

Provisioner 发出邀请，对方回复能力；

接着是交换 public key，这里分为了 OOB 还是没有 OOB 的形式，不使用 OOB 的情况：

使用 OOB 的情况下：

双方交换后，计算 ECDH；

接着双方进行认证过程，分为三种，Use Output OOB：

Use Input OOB：

以及不使用 OOB：

完成认证后，向希望加入的那个 node 提供 mesh 网络的 Network Key，KeyIndex，等信息：

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BLE Mesh （10） —— Mesh Provisioning

1、Provisioning bearer layer

1.1、PB_ADV

1.2、Generic Provisioning layer

1.2.1、Generic Provisioning PDU types

1.3、Provisioning 包组成小结

2、Link Establishment procedure

3、Generic Provisioning behavior

4、Provisioning protocol

4.1、Provisioning PDUs

4.1.1、Provisioning Invite

4.1.2、Provisioning capabilities

4.1.3、Provisioning Start

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4.1.5、Provisioning Input Complete

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4.2、Provisioning behavior

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