牙蓝技术安全性分析与安全策略 本科毕业设计Word文档下载推荐.docx
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目录
第一章引言7
1.1选题的意义7
1.2选题的应用现状7
1.3选题主要工作内容8
第二章蓝牙技术的安全问题9
2.1蓝牙技术的安全问题分为生态安全和信息安全9
2.1.1生态安全9
2.1.2信息安全9
2.2蓝牙系统中的安全威胁9
2.3蓝牙系统安全的任务10
2.3.1蓝牙系统的安全任务10
第三章 蓝牙安全机制的框架11
3.1蓝牙的安全结构11
3.2蓝牙的安全设置12
3.3蓝牙的安全级别13
3.4蓝牙技术的安全机制13
3.4.1设备鉴权13
3.4.2加密14
3.4.3快跳频14
第四章蓝牙安全威胁分析15
4.1私秘性威胁15
4.2数据保密性存在安全隐患15
4.3PIN机制有缺陷16
4.4数据完整性威胁16
4.5访问控制威胁16
4.6拒绝服务威胁16
4.7伪随机序列发生器的潜在威胁17
4.8安全构架设计的局限性17
第五章蓝牙安全策略18
5.1.1密钥18
5.1.2鉴别和加密18
5.1.3加密通信20
5.1.4认证20
5.1.5服务级安全策略21
5.2 自组网攻击分析21
5.2.1鉴别攻击21
5.2.2加密攻击22
5.2.3通信攻击22
5.2.4跳频攻击22
5.3 鲁棒自组网安全策略的完善22
5.3.1跳频伪随机数发生器和电源管理方式22
5.3.2加密管理23
5.3.3查询策略23
5.3.4服务安全与服务发现23
5.3.5路由管理23
5.3.6鉴别的本地化安全策略23
6.124
6.2 蓝牙安全技术存在的问题24
6.3局限性25
6.4简单的使用例子25
第一章引言
1.1选题的意义
随着计算机网络和移动电话技术的迅猛发展，人们越来越感觉到发展一定范围内的无线数据与语音通信的迫切需要。
蓝牙提供了一种短距离的无线通信标准,解决了小型移动设备间的无线互连问题。
它以规范的公开性、频带的无须授权性等优点而越来越受到人们的重视。
但蓝牙安全体系中存在的一些问题,旨在探讨蓝牙技术在应用过程中如何能够实现一个真正的无电缆连接、方便快捷、安全可靠的通信环境。
同时，蓝牙技术的无线传输特性使它非常容易受到攻击，蓝牙技术特别设计了快速跳频方案以确保链路稳定，这样增强了系统抗干扰性，并在一定程度上保证系统的安全性。
在安全性方面,WAP和蓝牙一直被认为是互补的技术,蓝牙保证了物理层和无线链接层的安全性,而WAP则提供应用和传输层的安全性。
1.2选题的应用现状
蓝牙技术是一种无线数据和语音通信的开放性全球规范，它支持点对点以及点对多点通信。
几个蓝牙设备相互连接，形成一个特别网络，称为微微网。
几个相互独立、以特定方式连接在一起的微微网构成分布式网络，一个微微网最多可由8个蓝牙设备组成，而一个分布式网络最多可连接达10个微微网。
蓝牙系统分布式网络的安全特性与传统的分布式网络是不同的。
蓝才设备依靠专用的蓝才微芯片使设备在短距离范围内发送无线电信号，来寻找另一个蓝才设备。
一旦找到，相互之间便开始通信。
在10米到100米的空间内所有支持该技术的移动或非移动设备可以方便地建立网络联系、进行音频通信或直接通过手机进行Internet冲浪。
其应用范围相当广泛，可以应用于局域网络中各类数据及语音设备，如PC、拨号网络、笔记本电脑、打印机、传真机、数码相机、移动电话和高品质耳机等，使用无线的方式将它们连成一个微微网（Pi-conet），多个Piconet之间也可以互连形成Scatternet,从而方便快速地实现各类设备之间随时随地的通信。
蓝牙技术的应用范围也已经从替代各种移动信息电子设备之间的电缆,向信息家电、电子商务、汽车、航空、医疗、交通等更加广阔的领域中拓展。
同时,由于蓝牙工作在ISM214GHz开放频段上,很容易受到干扰。
因此,它的安全性就显得尤为重要。
1.3选题主要工作内容
因此，蓝牙的安全问题长期以来备受业界关注，它是除价格之外直接制约蓝牙技术广泛应用的瓶颈之一。
分析蓝牙技术的两种安全模式,从抗网络攻击角度出发,提出完善蓝牙安全的一些策略和方法。
不过，正如一些专家所指出的那样，蓝牙的安全体系结构并不是万无一失的，仍然有一些漏洞存在。
比如蓝牙设备被偷走或借用时，还能够像原来的合法用户一样使用。
如果需要对用户鉴权，就必须在蓝牙内置的链路级安全机制的基础上，增加应用级安全机制，例如当蓝牙设备进行电子商务应用时，在用户界面上增加用户和密码等要求用户输入的高层鉴权内容。
为此:
第一，在所有的蓝牙技术装置中建立连接安全激活设置;
第二，使用安全的应用软件，如点对点封装协议，安全套接层或虚拟个人网络;
第三，评估产品的用户界面，使用户设立和管理安全问题易如反掌;
第四，树立员工的安全意识，鼓励用户养成良好的安全习惯并使用适当的配置。
第二章蓝牙技术的安全问题
在传统网络中存在的安全问题在蓝牙中同样也存在，而且由于蓝牙的无线传输特性，蓝牙系统中的安全问题有其特殊性。
2.1蓝牙技术的安全问题分为生态安全和信息安全
2.1.1生态安全
生态安全问题是指当蓝牙设备靠近人体时是否带来危害。
蓝牙使用的是和微波炉一样的频率范围，而蓝牙的功率（只有1mW）仅仅是微波炉使用功率的百万分之一，而在这些输出中，也只有一小部分被人体吸收。
常规的移动电话现在通常被认为是安全的，而蓝牙的功率还不及蜂窝电话。
来自世界卫生组织等组织的专家组成的一个小组公开宣布:
没有可信的或有说服力的证据来证实在可接受的辐射范围内的无线设备所发出的辐射能够对人的身体健康带来不良影啊。
由此可见，我们并不需要担心蓝牙技术所带来的辐射。
2.1.2信息安全
它是指要保证通讯双方所传递的信息不被窃听和篡改，蓝牙系统必须在链路层和应用层上提供安全措施。
2.2蓝牙系统中的安全威胁
蓝牙系统中的安全威胁主要来源于：
非法窃听、非法访问、服务拒绝和耗能攻击。
不同的安全威胁会给网络带来不同程度的破坏。
1非法窃听：
它是指攻击者通过对传输媒介的监听非法获取传输的信息，是对通信网络最常见的攻击方法。
这种威胁源于无线链路的开放性，但是由于无线传输距离受到功率和信噪比的限制，窃听者必须与源结点距离较近。
蓝牙技术标准建议采用较低的发射功率，标准通信距离仅有十米，这在一定程度上保证了网络的可靠性。
2非法访问：
指入侵者伪装成合法用户来访问网络资源，以期达到破坏目的;
或者是违反安全策略，利用安全系统的缺陷非法占有系统资源或访问本应受保护的信息。
必须对网络中的通信设备增加认证机制，以防门非授权用户使用网络资源。
3服务拒绝：
指入侵者通过某些手段使合法用户无法获得其应有的网络服务。
在蓝牙网络中，这种威胁包括阻比合法用户建立连接，或通过向网络发送大量垃圾数据来破坏合法用户的正常通信。
对于这种威胁，通常可采用认证机制和流量控制机制来防门。
4耗能攻击：
耗能攻击也称为能源消耗攻击，现有蓝牙设备为节约电池能量，使用节能机制，在不进行通信时进入体眠状态。
能源消耗攻击目的是破坏节能机制，如不停地发送连接请求，使设备无法进入节能模式，最终达到消耗能量的目的。
目前对这种攻击还没有行之有效的办法。
2.3蓝牙系统安全的任务
2.3.1蓝牙系统的安全任务
1可用性：
对于蓝牙系统，可用性就是确保网络中的节点在受到各种网络攻击时仍然能够提供相应的服务。
可用性攻击主要有阻塞类攻击和能源消耗攻击。
2机密性：
由于蓝牙系统采用了无线信道，所以很容易受到被动窃听性攻击，往往无法察觉。
虽然可以限制信号的发射范围来阻止一定的窃听攻击，但完全阻止是不可能的。
所以在网络中传输的敏感信息需要保证其机密性。
3授权与密钥管理：
授权与密钥管理也是一个复杂的问题，由于网络没有固定拓扑，无法确定业务授权中心。
同时，如果网络中结点数目较多，并且移动性较强，就会造成认证机制相对复杂，通常需要第三方介入。
使用的密钥交换算法要能很好地解决网络移动性强，拓扑不固定的问题。
4身份识别与完整性：
由于无线信道的开放性，必须对信道进行加密，必须有完整的认证机制，对通信单元进行身份识别，同时，也要保证信息在传输过程中的完整性。
5认证：
在蓝牙系统中，认证就是要确认通信对方实体是真实的。
6不可抵赖性：
不可抵赖性是用来保证蓝牙系统中的移动节点不能抵赖它以前的行为。
第三章 蓝牙安全机制的框架
3.1蓝牙的安全结构
蓝牙的安全体系结构由用户接口、应用程序、RFCOMM或者其他复用协议、L2CAP、链路管理器/链路控制器、安全管理器（SecurityManager）、通用安全管理实体、HCI、服务数据库、设备数据库、注册等模块组成。
其安全体系结构如图1所示。
其中实线为“询问”过程,虚线为“注册”过程。
该体系结构各个部件的功能如下。
其中安全管理器是蓝牙安全体系结构中的关键部件。
它主要完成以下六种功能:
存储和查询有关服务的相关安全信息;
存储和查询有关设备的相关安全信息;
回应来自协议实体或应用程序的访问请求（允许或拒绝）;
在连接到应用程序之前进行认证或加密;
通过初始化或处理ESCE（外部安全控制实体,例如设备用户）的输入来建立设备级的信任关系;
初始化呼叫及查询由用户输入的个人标识码PIN,PIN输入也可以由应用程序来完成。
服务数据库为每个服务提供相关的安全入口。
在起始阶段存储在非易失性存储器NVM或服务寄存器中。
信任设备必须储存在设备数据库NVM中。
如果入口因故而被删除,那么设备就看成未知设备,而且被设为默认的访问级别。
用户接口其功能是为实现授权而产生的用户交互对话,如输入PIN等,如果安全管理器需要PIN,可以使用对ESCE的调用,也可以直接从链路管理器中取得。
RFCOMM或其它复用协议是需要对服务访问作决定的其它复用协议（如RFCOMM）以与L2CAP同样的方式查询安全管理器,但有另外的附加注册过程,它允许对连接到复用协议本身的连接去设置访问策略。
L2CAP接口要求安全管理器在导入和导出请求状态下有访问数据库的权利。
HCI/链路管理器的接口模块可实现以下功能:
①鉴权请求;
②加密控制;
③远程设备的名称请求;
④在链路层设置加密策略;
⑤在链路层设置鉴权策略。
有一些注册过程是必须的,如:
有安全级别和协议栈信息的服务、在L2CAP层之上的复用协议。
注册由负责在BT协议栈中设置路径的实体完成,它的具体实现取决于注册的实体,如果没有注册,就使用缺省设置。
该体系结构指出何时关联用户（如输入PIN）,以及为了支持预期的安全检验功能底层的蓝牙协议需要执行的动作。
蓝牙安全体系建立在L2CAP层之上,它可以实现对服务的选择性访问。
利用中央安全管理器很容易实现灵活的访问机制,因为协议及其它实体的接口很简单,并且它们被局限于请求/答应和注册这样一种过程,访问控制封装在安全管理器中。
因此,实现更为复杂的访问不会影响其他部分的实现。
在该体系结构中,访问一个信任设备的信息流,连接的建立过程依次为:
（1）HCI向L2CAP发送连接请求。
（2）L2CAP请求安全管理器给予访问权限。
（3）安全管理器查询服务数据库。
（4）安全管理器查询设备数据库。
（5）如果有必要,安全管理器执行鉴权和加密过程。
（6）安全管理器给予访问权限。
（7）L2CAP继续建立连接。
3.2蓝牙的安全设置
蓝牙为确保与有线通信相似的安全性能，它在底层和高层为数据的传输定义了多种安全模式和安全级别。
蓝牙规范中定义了三种安全实现模式:
•安全模式1:
无安全机制
•安全模式2:
服务级安全机制
•安全模式3:
链路级安全机制
安全模式1:
无任何安全需求,无须任何安全服务和机制的保护。
此时任何设备和用户都可以访问任何类型的服务;
其典型的应用有:
电子名片（vCard）的交换、电子日历（vCalendar）等数据传输。
安全模式2:
对系统的各个应用和服务需要进行分别的安全保护,包括授权访问、身份鉴别和加密传输。
加密和鉴别发生在逻辑链路控制和适配协议（L2CA信道建立之前）。
安全模式3:
对所有的应用和服务的访问都需要实行访问授权、身份鉴别和加密传输。
这种模式的鉴服务层安全模式和链路层安全模式的本质区别就在于：
对服务层安全模式来说，设备是在通信信道建立以后才开始进行安全程序的，而对链路层安全模式来说，设备是在通信信道建立之前就开始进行安全程序的。
3.3蓝牙的安全级别
蓝牙定义了两类安全级别，即设备安全级别和服务安全级别。
1设备的安全级别对于设备而言，它有两种不同的信任级别：
①信任设备：
设备已鉴权，链路密钥已保存在设备数据库中，并标记为"
信任"
。
信任设备一般是有固定关系（配对）的，它可不受限制地访问所有服务；
②非信任设备：
设备已鉴权，链路密钥已保存在设备数据库中，但没有标记为"
非信任设备没有永久固定关系（或是临时的），或有固定关系但并不认为它是信任的设备，它对服务的访问要受到一定的限制。
另外，未知设备也是未非信任
设备，它没有有效的安全信息。
2服务的安全级别对于请求授权的服务、鉴权和加密可分别地设置。
访问请求允许定义3种安全级别：
①要求授权和鉴权的服务，自动访问只允许对信任设备进行，其它设备需要用人工授权；
②仅仅要求鉴权的服务，无须授权；
③对所有设备开放的服务，不要求鉴权。
另外，蓝牙还定义了缺省安全级别，用于提供继承应用的需要。
3.4蓝牙技术的安全机制
蓝才技术的无线传输特性使它非常容易受到攻击，因此安全机制在蓝才技术中显得尤为重要。
虽然蓝牙系统所采用的跳频技术已经提供了一定的安全保障，但是蓝才系统仍然需要链路层和应用层的安全管理。
在链路层中，蓝才系统使用认证、加密和密钥管理等功能进行安全控制。
在应用层中，用户可以使用个人标识码（PIN）来进行单双向认证。
3.4.1设备鉴权
蓝才设备的鉴权是指对蓝才设备用户身份的鉴别和确认，可防比对关键数据和功能的非法访问，也可防比黑客试图伪装成授权用户进行欺骗。
首先，校验者向申请者发送一个LMP_au_randPDU（其中带有一个16字节的随机数）进行询问，申请者用这个随机数进行相应的运算，并在LMP_sresPDU中把运算的结果返回给校验者。
如果返回的结果符合要求，那么校验者就认为申请者是一个通过鉴权的设备。
当然，校验者和申请者的角色可以互换，进行反向鉴权。
3.4.2加密
加密是在发送端将数据按一定的规律扰乱后再进行传送，到接收端再通过解密进行复原，这样可以保持链路中的机密性，以防门他人窃听。
蓝牙要求你为每一台蓝牙设备设置访问密码，只有提供正确访问密码的蓝牙设备才可以处理网络数据。
蓝牙采用密匙为数据加密，如图二所示。
在进行蓝牙设备的初始设置时，密匙被存入加密芯片。
接收信息时，加密芯片利用密钥对信息加密;
发送信息时，加密芯片再利用密匙对信息解密。
网络中，只有那些拥有相同加密芯片和密匙的蓝才设备才能读懂信息，其他没有密匙的用户并不能解密任何信息。
3.4.3快跳频
跳频就是不同的频进之间迅速而随机地跳变，这将非常有利于保证数据的安全性和完招性，因为如果在一个频进上遇到干扰，就可以迅速跳到可能没有干扰的另一个频进上工作;
如果在一个频进传送的信号因受到干扰而出现了差错，就可以跳到另一个频进上重发。
蓝才的运行方式不仅能够保证数据出错时允许重发，而目_还能保证重发必定是在不同的频进上进行的。
蓝牙技术把ISM频段分判成79个跳频信进，以每秒1600次的伪随机跳频序列，在79个信进之间改变频率。
如果在某个频率点上有强大的干扰，那么受其影响所丢失的传输也只有不到1ms的时间。
为了增加可靠性，蓝牙系统可以将每个数据重复发送三遍。
采取跳频和重发机制之后，在一个房间内的几十个人就可以同时使用蓝牙设备，而不会出现明显的干扰。
第四章蓝牙安全威胁分析
通过上述讨论，可以发现蓝牙在其系统的高层和底层设立了一系列广泛的安全机制，然而，这些安全机制也并非万能，依然存在着不少的漏洞，主要表现在以下几个方面：
4.1私秘性威胁
对每个蓝牙设备来说，其48位IEEE设备地址（BD_ADDR）是唯一的，它一方面保证了设备不会被人冒用，而另一方面又导致了另一个问题的产生，也就是私秘性问题。
由于它的唯一性，因此用户在移动使用的过程很容易被人追踪，个人行为容易暴露，私秘性可能会受到侵害。
4.2数据保密性存在安全隐患
蓝牙系统的鉴权和加密是基于一个假设，即假设蓝牙网络的参与者共享链路密钥，通常在使用的过程中，所有的信息都是公开的，这就可能导致另一个安全问题的出现，现讨论如下：
1假设设备A和B使用A的密钥作为它们的链路密钥；
2在以后或同一时刻，设备C可能也与A通信，并且使用A的密钥作为链路密钥；
3B可以使用A的密钥去解密A与C的通信。
如图4所示，设备B在早期就获得了A的设备密钥，它就可能使用带有假BD-ADDR的设备密钥去推算加密密钥，因此可监听A与C的通信，它还可以通过鉴权而伪装成A和C。
尽管这种攻击实现起来有一定的困难，但也代表了一种不安全的因素。
4.3PIN机制有缺陷
由图2可知，E22初始化密钥生成算法来源于PIN和一个随机数。
对很多用户来说，使用较长的PIN是难以忍受的，当使用4位PIN时，有10000种可能性，在一般情况下，PIN为"
0000"
的可能性有50%。
因此，初始化密钥的可信度是很低的。
解决这个问题的方法之一就是使用较长的PIN，或者一个密钥交换系统。
4.4数据完整性威胁
蓝牙不检查数据的完整性，当恶意用户可能拥有了二个通信接点的共享秘密后，它就可以以中间人的身份去攻击和修改数据，而通信的参与者却没有手段了解数据是否被人篡改，节点也不能验证信息源。
4.5访问控制威胁
蓝牙的访问控制主要建立在鉴权基础之上的，鉴权一般定义为验证申请者的身份，在一些小的个人网络中，实体鉴权的概念也许是切实可行的，因为设备的所有者往往是同一个人，假定这个人有能力管理自己的蓝牙设备，在两节点间创立一定的知识和共享的秘密，节点间的相互鉴权实际上就是验证另一个是否知道它们之间的秘密。
然而，当用户想把个人网络连接到另一个网络上时，由于两个设备之间没有预先商定的知识，彼此无法识别，所以鉴权的概念就不再可行了。
比如，一个掌上电脑和一LAN访问点，相互之间的鉴权是
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