蓝牙学习七(MAC地址)
1.简介
一个BLE设备,可以使用两种类型的地址(一个BLE设备可以同时具备两种地址):Public Device Address(公共设备地址)和Random Device Address(随机设备地址)。而Random Device Address又分为Static Device Address(静态设备地址)和Private Device Address(私密设备地址)两类。其中Private Device Address又可以分为Non-resolvable Private Address(不可解析私密地址)和Resolvable Private Address(可解析私密地址)。关系如下图:
2.公共设备地址Public Device Address
在通信系统中,设备地址是用来唯一识别一个物理设备的。如TCP/IP网络中的MAC地址、传统蓝牙中的蓝牙地址等等。对设备地址而言,一个重要的特性,就是唯一性(或者说一定范围内的唯一性),否则很有可能造成很多问题。蓝牙通信系统也不例外。
对经典蓝牙(BR/EDR)来说,其设备地址是一个48bits(6字节)的数字,称作“48-bit universal LAN MAC address”(和电脑的MAC地址一样)。正常情况下,该地址需要向IEEE申请购买。通过付费,来保证地址的唯一性。这种地址分配的方式,在BLE中也保留了下来,也就是Public Device Address(公共设备地址)。Public Device Address由24-bit的company_id和24-bit的company_addigned组成,如下图所示:
高24位是公司标示,低24位公司内部自己赋值。
3.随机设备地址 Random Device Address
目前而言,只有Public Device Address明显不够用了,有如下原因:
- Public Device Address需要向IEEE购买。虽然不贵,但是一笔不小的开销。
- Public Device Address的申请与管理是相当繁琐、复杂的一件事情,再加上BLE设备的数量众多,导致维护成本巨大。
- 安全因素。BLE很大一部分的应用场景是广播通信,这意味着只要知道设备的地址,就可以获取所有的信息,显然是不安全的。因此,固定的设备地址,加大了信息泄漏的风险。
为了解决上述问题,BLE协议新增了一种地址:Random Device Address(随机设备地址),即设备地址不是固定分配的,而是在设备启动后随机生成的。根据不同的目的,Random Device Address分为Static Device Address(静态设备地址)和Private Device Address(私密设备地址)两类。
3.1 静态设备地址 Static Device Address
Static Device Address是设备在上电时随机生成的地址,格式如下:
Static Device Address静态设备地址的特性可总结为:
- 最高两个bit为“11”
- 剩余的46bits是一个随机数,不能全为0,也不能全为1.
- 在一个上电周期内保持不变
- 下一次上电的时候可以改变。但不是强制的,因此也可以保持不变。如果改变,上次保存的连接等信息,将不再有效。
Static Device Address静态设备地址的使用场景可总结为:
- 46bits的随机数,可以很好的解决“设备地址唯一性”的问题,因为两个地址相同的概率很小。
- 地址随机生成,可以解决Public Device Address申请所带来的费用和维护问题。
3.2 私密设备地址 Private Device Address
Static Device Address通过地址随机生成的方式,解决了部分问题,Private Device Address则更进一步,通过定时更新和地址加密两种方法,提供蓝牙地址的可靠性和安全性。根据地址是否加密,Private Device Address又分为两类,Non-resolvable Private Address(不可解析私密地址)和Resolvable Private Address(可解析私密地址)。
3.2.1 不可解析私密地址 Non-resolvable Private Address
Non-resolvable Private Address和Static Device Address类似,不同之处在于,Non-resolvable Private Address会定时更新。更新的周期是由GAP规定的,称为T_GAP(private_addr_init),建议值是15分钟。其格式如下:
特征可总结为:
- 最高两个bit为“00”
- 剩余的46bits是一个随机数,不能全部为0,也不能全部为1.
- 以T_GAP(private_addr_init)为周期,定时更新。
注:Non-resolvable private address在实际中并不常用,因为地址经常变动,所以应用场景不多。
3.2.2 可解析私密地址 Resolvable Private Address
Resolvable Private Address 是通过一个随机数和一个称为identity resolving key(IRK)的密码生成的。因此只能被拥有相同IRK的设备扫描到,可以防止被未知设备扫描和跟踪。格式如下:
特征如下:
- 由两部分组成:
- 高位24bits是随机数部分,其中最高两个Bit为"10",用于标识地址类型
- 低位24bits是随机数和IRK经过hash运算得到的hash值,运算的公式为hash=ah(IRK,prand)。
- 当对端BLE设备扫描到该类型的蓝牙地址后,会使用保存在本机的IRK,和该地址中的prand,进行相同的hash运算,并将运算结果和地址中的hash字段比较。只有相同的情况,在进行后续的操作。这个过程被称为resolve(解析)。这也是Non-resolvable private address/Resolvable private address命名的由来。如果不同则继续用下一个IRK做上面的过程,直到找到一个关联的IRK或一个也没找到。
- 以T_GAP(private_addr_init)为周期,定时更新。哪怕在广播、扫描、已连接等过程,也可能改变。
- Resolvable private address不能单独使用。如果需要使用相同该类型的地址,设备要同时具备Public Device Address或者Static device address中的一种。
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