ACL连接的建立和释放
从蓝牙联盟规范文档里我们可以找到对应说明.
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可以看到蓝牙连接流程分为9个步骤,实线部分是必须步骤,虚线步骤是可选的步骤。
第一步,创建连接
第一步创建连接,host端会通过hci指令发送create connection的命令给到controller,这个命令里面包含指定蓝牙设备地址,控制层会通过这个地址执行paging操作。
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第二步,可选的信息交换
第二部发送获取对方蓝牙设备特性信息,了解蓝牙设备属性等,例如是否支持OOB配对,也就是通过别的途径交换配对信息,例如NFC蓝牙设备等。
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第三步,连接请求
获取完特性后,host端就可以发送LMP_HOST_CONNECTION_REQ PDU,这个是必选步骤,对端蓝牙收到这个请求后,会有三种响应方式:
- 拒绝连接;
- 接受连接;
-
接受连接但是请求自己为master;
connection-request
第四步,连接设备回应
第一种情况:连接被拒绝。
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第二种情况:连接请求同意。
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第三种情况:连接接受,但是请求更换角色。
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第五步,AFH自适应跳频-Adaptive Frequency Hopping
在蓝牙设备接受连接请求后,会交换特性,之后AFH会被使用,host端根据干扰情况自动跳到下一个频段,会发送LMP_SET_AFH 和 LMP_CHANNEL_CLASSIFICATION_REQ PDU
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第六、七步,鉴权和配对
前面准备工作完成后,需要进行身份认证请求,整个过程就是获取Link Key的过程。Link Key在后续数据传输时使用。
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当两个设备事第一次进行连接时,由于双方都没有保存link key,所以需要进行授权验证,控制器向host发送link key请求,如果host回复的是negative,接下来就进入配对过程。如果host返回positive,那双方就不需要进入配对过程。
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在蓝牙配对过程中,大部分使用secure simple pairing方式,也就是SSP配对。首先会使能简单配对,OOB(out of band)配对会最先考虑,如果双方都支持,则优先使用OOB。
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开始简单配对后,先进行特性交换,交换有关鉴权的需求,以及最重要的双方蓝牙设备具有怎么样的人机交互能力,也就是io capabilities exchange,也就是获取对方设备是不是支持输入,支持显式等功能,根据双方具有的人机交互能力,选择合适的配对方式
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接下来就是双方蓝牙设备交换public key了,当收到对方蓝牙设备的公钥,利用它就可以计算出Diffie Hellman密钥,也就是DHKey了,这个DHKey我们后面会看到,就是利用它来生成link key
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根据前面的feature exchange的结果,有三种鉴权方式,前面说过,OOB鉴权的优先级最高,由配对的双方,在配对过程之外,额外的交互一些信息,并以这些信息为输入,进行后续的配对操作,额外信息称作OOB(out of band),这个也是OOB的由来。
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接下来的鉴权方式叫做MITM(man-in-the-middle)也就是中间人鉴权,方式中带人,也就是说需要人的参与,这种方式有2种,先介绍Numeric comparision方式鉴权,这种方式需要两个蓝牙设备都具备显式的能力,然后两个设备自行产生6位数字,用户比较后确认,最常见的场景就是手机与手机通过蓝牙之间进行的配对连接。
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中间人鉴权的第二种方式,叫做passkey entry,这种方式要求一方蓝牙设备具备输入的能力,比如蓝牙键盘,一方蓝牙设备具有显式的功能,比如手机,一端显式配对码,一点输入配对配对码进行配对,这种方式常用在平板或者pc和蓝牙键盘之间的连接。
最后还有一种鉴权方式,叫做just work,它不需要用户的参与,两个设备自行协商配对,最常用的场景就是手机和蓝牙耳机进行配对。
上面鉴权交互结束后,就会通过算法将DHKey计算得到Link Key,并用在后续交互过程的输入。这一步完成后,LM控制器通过HCI发送HCI_LINK_KEY_NOTIFICATION事件来通知host得到Link Key。
第八步,启动加密
完成了鉴权和配对的过程,就会开始利用得到的link key进行加密的连接,利用加密信息,可以相互传送一些私密信息,如encryption information,identity information等,进行最后的连接过程交互。
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第九步,连接完成
最后,连接建立完成,双方蓝牙设备LM控制器向各自的host发送LMP_SETUP_COMPLETE PDU事件,将底层连接建立的句柄发送给上层,使用这个连接handle就可以用来发送上层的数据了,那么整个的连接流程就完成了。
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最后,连接断开
当连接不需要维持时,双方都可以发起终止连接命令或分离连接请求。
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