[CC2642r1] ble5 stacks 蓝牙协议栈 介绍和理解

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ATT(Attribute protocol)层：

设备中的 ATT 是服务器，手机中的 ATT 是客户端；
设备中ATT定义了属性，定义了数据格式（电量、特性声明、主服务声明等数据）；手机中ATT定义了方法，定义了怎么去获取属性、读写属性；
ATT中定义了请求、响应、命令、通知、指示、确认等机制；

ATT协议是为了允许设备读写保存在Server上的数据值。每个存储值就是一个属性。
ATT定义了属性的内容，规定了访问属性的方法和权限。平时我们的BLE设备就是通过属性进行数据收发的。

ATT定义了两种角色：Client和Server。
Server：存储属性，接收Client的ATT请求，命令和确认。
Client：接收Server的应答，指示和通知。

GATT(Generic Attribute Profile)层：

GATT将ATT中的属性进行组合构成服务（电量监测服务等）
手机 GATT 层中定义了如何发现服务，读写服务中的特性（比如如何获取电量值）
手环 GATT 层定义了如何主动通知手机，某个值发生了变化
GATT层定义服务，实现服务，提供访问服务的方法
GATT严重依赖ATT，它只是在属性的基础上综合，提供一种服务。

GATT是建立在ATT之上的。为传输数据建立通用操作和框架。
GATT也定义了两种角色: Server和Client。
GATT Client也是一个ATT Client，GATT Server也是一个ATT Server，所以GATT角色不需要去专门绑定ATT角色。
Server：一般就是进行广播，被连接的设备。
Client：一般就是进行扫描，然后主动去连接的设备
GATT还指定了GATT Server上包含的数据格式。由属性协议传输的属性被格式化为服务和特征。来看看下图：

L2CAP
手机要读取某个属性，他需要ATT这一层发出一个请求，这个请求数据就经过 L2CAP（收发室）传递至设备端的 ATT；
同时，L2CAP使用channel标记数据来源，APP、ATT以及L2CAP的数据等，根据channel信息决定数据发到不同的层

LL
决定将数据发送至某个设备
重要概念：访问地址

PHY
蓝牙频率：2.4GHz左右（自然界中没有准确的东西）
将2.4GHz频段划分为40个信道
37,38,39为广播信道
0——36为数据信道

名词介绍

Bonding（绑定），配对过程中会生成一个长期密钥（LTK，long-term Key），如果配对双方把这个LTK存储起来放在Flash中，那么这两个设备再次重连的时候，就可以跳过配对流程，而直接使用LTK对蓝牙连接进行加密，设备的这种状态称为bonding。如果paring过程中不存储LTK（不分发LTK）也是可以的，paring完成后连接也是加密的，但是如果两个设备再次重连，那么就需要重走一次paring流程，否则两者还是明文通信。在不引起误解的情况下，我们经常把paring当成paring和bonding两者的组合，因为只paring不bonding的应用情况非常少见。在不引起混淆的情况下，下文就不区分paring和bonding的区别，换句话说，我们会把paring和bonding两个概念等同起来进行混用。

SM（security manager），蓝牙协议栈的安全管理层，规定了跟蓝牙安全通信有关的所有要素，包括paring，bonding，以及下文提到的SMP。

SMP（security manager protocol），安全管理协议，SMP着重两个设备之间的蓝牙交互命令序列，对paring的空中包进行了严格时序规定。

OOB（out of band，带外），OOB就是不通过蓝牙射频本身来交互，而是通过比如人眼，NFC，UART等带外方式来交互配对信息，在这里人眼，NFC，UART通信方式就被称为OOB通信方式。

Passkey，又称pin码，是指用户在键盘中输入的一串数字，以达到认证设备的目的。低功耗蓝牙的passkey必须为6位。

Numeric comparison（数字比较），numeric comparison其实跟passkey一样，也是用来认证设备的，只不过passkey是通过键盘输入的，而numeric comparison是显示在显示器上的，numeric comparison也必须是6位的数字。

MITM（man in the middle），MITM是指A和B通信过程中，C会插入进来以模拟A或者B，并且具备截获和篡改A和B之间所有通信报文的能力，从而达到让A或者B信任它，以至于错把C当成B或者A来通信。如果对安全要求比较高，需要具备MITM保护能力，在SM中这个是通过认证（authentication）来实现的，SM中实现认证的方式有三种：OOB认证信息，passkey以及numeric comparison，大家根据自己的实际情况，选择其中一种即可。

LESC（LE secure connections），又称SC，蓝牙4.2引入的一种新的密钥生成方式和验证方式，SC通过基于椭圆曲线的Diffie-Hellman密钥交换算法来生成设备A和B的共享密钥，此密钥生成过程中需要用到公私钥对，以及其他的密码算法库。LESC同时还规定了相应的通信协议以生成该密钥，并验证该密钥。需要注意的是LESC对paring的其他方面也会产生一定的影响，所以我们经常会把LESC看成是一种新的配对方式。

Legacy paring，在LESC引入之前的密钥生成方式，称为legacy paring，换句话说，legacy paring是相对LESC来说的，不支持LESC的配对即为legacy paring（legacy配对）。

TK（Temporary Key，临时密钥），legacy paring里面的概念，如果采用just work配对方式，TK就是为全0；如果采用passkey配对方式，TK就是passkey；如果采用OOB配对方式，TK就是OOB里面的信息。

STK（short term key，短期密钥），legacy配对里面的概念，STK是通过TK推导出来的，通过TK对设备A和B的随机数进行加密，即得到STK。

LTK（long term key，长期密钥），legacy配对和LESC配对都会用到LTK，如前所述，LTK是用来对未来的连接进行加密和解密用的。Legacy paring中的LTK由从设备根据相应的算法自己生成的（LTK生成过程中会用到EDIV（分散因子）和Rand（随机数）），然后通过蓝牙空中包传给主机。LESC配对过程中，先通过Diffie-Hellman生成一个共享密钥，然后这个共享密钥再对设备A和B的蓝牙地址和随机数进行加密，从而得到LTK，LTK由设备A和B各自同时生成，因此LTK不会出现在LESC蓝牙空中包中，大大提高了蓝牙通信的安全性。

IRK（Identity Resolving Key，蓝牙设备地址解析密钥），有些蓝牙设备的地址为可解析的随机地址，比如iPhone手机，由于他们的地址随着时间会变化，那如何确定这些变化的地址都来自同一个设备呢？答案就是IRK，IRK通过解析变化的地址的规律，从而确定这些地址是否来自同一个设备，换句话说，IRK可以用来识别蓝牙设备身份，因此其也称为Identity information。IRK一般由设备出厂的时候按照一定要求自动生成。

Identity Address（设备唯一地址），蓝牙设备地址包括public，random static， private resolvable，random unresolved共四类。如果设备不支持privacy，那么identity address就等于public或者random static设备地址。如果设备支持privacy，即使用private resolvable蓝牙设备地址，在这种情况下，虽然其地址每隔一段时间会变化一次，但是identity address仍然保持不变，其取值还是等于内在的public或者random static设备地址。Identity Address和IRK都可以用来唯一标识一个蓝牙设备。

IO capabilities（输入输出能力），是指蓝牙设备的输入输出能力，比如是否有键盘，是否有显示器，是否可以输入Yes/No两个确认值。

Key size（密钥长度），一般来说，密钥默认长度为16字节，为了适应一些低端的蓝牙设备处理能力，你也可以把密钥长度调低，比如变为10个字节。

蓝牙服务解析

1. Service – 服务
   简单理解就是提供某项服务或功能。比如心率，电池监测等都可以定义为一个服务。
   系统可以有两种service：主要(primary)和次要(secondary)
   primary: 提供设备的主要功能
   secondary：提供设备的附加功能

2. Included services – 包含服务
   类似于包含头文件，就是将其他共用的服务包含进来。

3. Characteristic – 特征
   可以理解为服务中的某个特性，比如心率服务，就会有个心率值，心率值就可以定义为一个Characteristic 。

4. Properties – 属性
   这里的属性和上面的Attribute不一样。这里的属性定义的是Read / Write / Notify / Indicate等，用于声明Characteristic是否可读可写等属性。

5. Value – 值
   用来保存数值的。

6. Descriptor – 描述符
   用于描述Characteristic，让用户更能理解该Characteristic的作用和如何使用。

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切换协议栈版本：

协议栈对应IDE的版本：

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