本文主要是總結了BLE配對綁定後，二次連接時鏈路層的連接過程和在該過程中，藍牙4.2所做的一些安全機制，主要包括藍牙白名單和安全機制LL Privacy，LL Privacy主要是防止設備地址泄露，導致設備被跟蹤。本文所有內容是按藍牙4.2總結。
1 BLE地址類型
1.1藍牙地址類型
有兩種設備地址，即是公有地址和隨機地址。公有地址包括一個 24 位的公司識別碼（基於 IEEE802-2001 標準的組織唯一標識符，簡稱爲 OUI）和一個 24 位的公司分配碼（每個設備的號碼不一樣）。
隨機設備地址分爲兩種：靜態地址和私有地址。
靜態地址是隨機生成的 48 位地址，其中兩個最高有效位被設置爲 1。
公有地址是固定不變的。靜態地址只在重新開機時才被修改。
對等設備很容易便能檢測和連接使用了其中一種地址的設備。
私有地址則定期改變，這樣可確保 BLE 設備不被跟蹤。每次重新連接時，不可解析的私有地址都會改變。
對等設備無法計算不可解析的私有地址，因此連接前需要向對等設備提供該地址。
可解析的私有地址（RPA）被定期修改，支持保密功能的設備可以計算並使用它。
LL Privacy安全機制主要利用的就是RPA。
1.2可解析保密地址（RPA）的產生
可解析私有地址共48位，其格式如下：
設備生成 24 位數值（22 位是隨機的， 2 位是固定的）被稱爲 prand。設備將使用 prand 通過 Hash 函數生成 24 位
hash = e(IRKlocal, padding | prand )， 截斷爲 24 位
其中：
- IRKlocal = 128 位局部 IRK
- Padding = 向 prand 零填充 104 位以得到 128 位
- prand = 24 位隨機數值（22 位是隨機的， 兩個最高有效位被設置爲 0b10）
- 安全函數‘e’ 是 128 位 AES 加密函數，該函數在 PSoC 4/ PRoC BLE 設備的鏈路層硬件中被執行。它使用 128 位key 和 128 位 plaintextData 來生成 encryptedData，如 FIPS-1971 所定義：encryptedData = e(key, plaintextData)
- 按照以下方式將 24 位 hash 和 24 位 prand 結合起來便得到隨機地址（randomAddress） ：
randomAddress = hash | prand
RPA的產生過程如下圖所示：
1.3可解析私有地址（RPA）的解析
BLE 保密設備如何解析對等設備的 RPA。對等設備提供的 RPA 包括 24 位隨機部分（prand）和 24 位散列部分（hash），如第 7.2.3 節所述。對地址進行解析或解碼時， RPA 的最低有效 24 位當作對等設備的 hash，地址的最高有效 24 位當作 prand。使用上面的 Hash 函數生成 localHash 值。其中，函數的輸入參數爲對等設備所提供的 IRK（首次配對綁定時會被主從雙方交換）和從 RPA 提取得到的 prand。
localHash = e(IRKpeer, padding | prand )， 截斷爲 24 位
將 localHash 和從 RPA 提取的 hash 進行比較。如果 localHash 同所提取的 hash 匹配， 則表示對等設備的 ID 地址已被
解析。 地址解析流程如下圖所示。
2藍牙白名單
所謂的白名單，就是一組藍牙地址；通過白名單，可以只允許特定的藍牙設備（白名單中列出的）掃描（Scan）、連接（connect）我們，也可以只掃描、連接特定的藍牙設備（白名單中列出的）。
例如，如果某個BLE設備，只需要被受信任的某幾個設備掃描、連接，我們就可以把這些受信任設備的藍牙地址加入到該設備的白名單中，這樣就可以有效避免其它“流氓設備”的騷擾了。
不過呢，該機制只防君子不防小人，因爲它是靠地址去過濾“流氓”的，如果有些資深流氓，僞裝一下，將自己的設備地址修改爲受信任設備的地址，那就慘了……
白名單是在LL層實現，其中包括：白名單策略、設備地址類型和設備地址等內容。
3安全機制-LL Privacy
和白名單機制上的White List類似，如果設備需要使用LL Privacy機制，則需要在Controller端保存一個Resolving List，其思路爲：
- BLE設備要按照2.2中的介紹，配置並使能白名單機制，把那些受信任設備的地址（這裏爲Identity Address）加入到自己的白名單中，並採用合適的白名單策略。
- 如果設備需要使用LL Privacy策略，保護自己（以及對方）的地址不被竊取，則需要將自己（local）和對方（peer）的地址和加密key保存在一個稱作Resolving List的列表中。
- Resolving List的每一個條目，都保存了一對BLE設備的key/address信息，其格式爲：
Local IRK | Peer IRK | Peer Device Identity Address | Address Type
發送數據包時，判斷Resolving List是否有非0的Local IRK，如果有，則使用Local IRK將Identity Address加密爲Resolvable Private Address，填充到數據包中相應的存放地址的字段。否則，直接填充Identity Address；
接收數據包時，如果數據包中的地址爲普通的Identity Address，則直接做後續的處理；如果它們爲Resolvable Private Address，則會遍歷Resolving List中所有的“IRK | Identity Address”條目，使用IRK解出Identity Address和條目中的對比，如果匹配，則地址解析成功，可以做進一步處理。如果不匹配，且使能了白名單/LL Privacy策略，則會直接丟棄。如果沒有使能白名單，則走正常的連接過程。
在配對過程的第三階段中， GAP 中心和 GAP 外設交換了 IRK 和 ID 地址。這些內容作爲配對相關數據包的有效載荷部分。對等設備的 IRK、 ID 地址和局部 IRK 被存儲在兩個設備的解析表中。在該階段，兩個設備都包含用於解析 RPA 的信息，因此它們都設置了 RPA 超時參數，並使能了地址解析。它們也可以選擇性地將對等設備的 ID 地址添加到篩選設備用的白名單內。白名單是 BLE 設備的鏈路層篩選廣播者、掃描者和連接發起者時所用的一組藍牙設備地址。僅在使能設備篩選功能時，才使用白名單。設備在 BLE 數據通道上交換數據。由於設備的解析表具有用於解析對等設備 RPA 的信息，因此重新連接程序將會使用 RPA。下圖顯示的是兩個設備成功實現首次連接後被斷開，然後正在重新連接。
如上面所示，這次，兩個設備在廣播通道上發送的所有數據包都使用 RPA。因此，兩個設備間在廣播通道上進行的通信不被任何第三個設備跟蹤。請注意，重新連接時， GAP 外設可以使用可連接無定向廣播或可連接定向廣播。藍牙 4.2 保密設備支持可連接定向廣播。僅在 GAP 外設使用可連接無定向廣播時，纔會使用掃描請求和掃描響應。在 GAP 外設使用可連接定向廣播時， GAP 中心只能發送連接請求進行響應。請注意，保密功能防止跟蹤 BLE 設備在廣播通道上進行的通信。數據通道的數據包所使用的訪問地址每次連接都被修改，因此最難跟蹤。 保密功能不會對數據通道數據包產生影響。
參考資料
藍牙核心規範Core_v4.2.pdf
AN99209_-_PSoC_4_BLE_and_PRoC_BLE_Bluetooth_LE_4.2_Features_Chinese.pdf