針對藍牙4.0傳統配對過程中存在的中間人攻擊和竊聽漏洞，藍牙4.2提出了安全連接的配對方式，藍牙4.0傳統配對方式可見https://blog.csdn.net/UFOfuck/article/details/102708853。
1.藍牙4.0傳統配對方式存在的漏洞
1.1竊聽
傳統的配對中生成短期密鑰STK（用於鏈路數據加密）時使用了可預測的或易於確定的TK值，因此在配對過程中，沒有一種配對方法可提供針對被動竊聽者的保護。如果在沒有竊聽者的情況下分發配對信息，則所有配對方法都將提供機密性。
1.2中間人攻擊
藍牙主從設備身份認證過程中，身份確認值是明文傳輸的，所以會出現中間設備進行認證信息僞造進行中間人攻擊。
1.3鑑權DOS攻擊
藍牙配對過程中如果鑑權失敗，設備會成倍增加鑑權間隔時間，這段時間不允許任何設備與之配對。這就會出現鑑權DOS攻擊。
另外由於目前大多數無線設備都使用內置電池組，DoS攻擊會導致系統頻繁崩潰，並耗盡其電池電量。
2.安全連接解決漏洞的方法
藍牙4.2引入安全連接，採用符合聯邦信息處理標準(FIPS)的DCTH (Elliptic Curve Diffie-Hellman)算法生成密鑰。
藍牙4.2提供了強大的安全機制以確保安全的無線連接系統。儘管BLE 4.1和4.2都提供了MITM防護功能，但只有藍牙4.2能夠實現真正安全的BLE系統。當使用藍牙4.1 的LE傳統配對時，只有OOB關聯模型提供了被動竊聽的防護，而藍牙4.2還提供數值比較關聯模型和ECDH算法以確保隱私和數據安全。下表彙總了傳統配對和安全連接配對方法的保護級別。
2.1安全連接配對流程
如上圖，安全連接過程分爲三個階段，第1階段是主從雙方交換配對特徵並計算Diffie-Hellman 密鑰（用於生成STK），該密鑰生成方式下面會講。
第2階段主從設備認證和STK的生成，安全連接中設置4種不同的認證方式，分別是分別是Just Work、Numeric Comparison（數字比較）、Passkey Entry（密碼輸入）和Out of Band（OOB）。當主從認證成功後，配對會使用第1階段計算得到的Diffie-Hellman 密鑰生成短期密鑰STK，進行鏈路加密。
第3階段爲綁定階段，該階段與傳統配對相同，主要是計算長期密鑰LTK並保存，該過程可參考傳統配對方式第3階段。
2.2安全連接認證方式及對MITM的防禦
藍牙4.2中，安全連接方式包括4種認證方式，分別是Just Work、Numeric Comparison（數字比較）、Passkey Entry（密碼輸入）和Out of Band（OOB）。
MITM 攻擊使用第三個設備僞裝成參與通信的每個設備的對等設備，從而可以修改兩個設備所交換的數據。數字比較、密鑰輸入和 OOB 關聯模型能夠提供更強的防禦 MITM 攻擊功能。下面將簡單說明這些關聯模型的認證流程和他們是如何防禦 MITM 攻擊。數字比較的配對過程比密鑰輸入的配對過程快，而且該方法不要求單獨的通信鏈接（OOB 方法需要）。
2.2.1 Just Work和數字比較認證
Just work和數字比較的流程如下圖：
交換公鑰後，每個設備都會選擇一個僞隨機的128位隨機數（步驟2）。該值用於防止重放攻擊，並且必須在每次配對時重新生成。
此後，響應設備（從設備）然後計算自己的身份確認值（步驟3c），並將其傳輸到啓動設備（步驟4）。
然後，發起和響應設備交換它們各自的隨機數值（步驟5和6），發起設備確認響應設備身份確認值（步驟6a）。此時的失敗表示存在攻擊者或其他傳輸錯誤，並導致協議中止。無論是否生成新的公私鑰對，都可以重複該協議，但是如果重複該協議，則必鬚生成新的隨機數。
使用Just Works時，不會執行承諾檢查（步驟7a和7b），並且不會向用戶顯示6位數字的值。
當使用數值比較時，假定身份檢查成功，則兩個設備各自計算在其各自設備上顯示給用戶的6位確認值（步驟7a，7b和8）。要求用戶檢查這些6位數字值是否匹配。如果沒有匹配項，則該協議將中止，並且如前所述，如果要重複該協議，則必鬚生成新的隨機數。
數字比較關聯模型使用以下認證措施來防禦 MITM 攻擊：
1) 在接收發起設備的隨機數值（Na）前，響應設備必須提供使用響應設備隨機數值（Nb）和兩個 BLE 設備的公有密。
2) 鑰計算得到的約定值（Cb）。
3) 接收響應設備的隨機數值（Nb）前，發起設備必須分享它的隨機數值（Na）。
4) 接收到響應設備的隨機數值（Nb）後，發起設備需要檢查約定值（Cb）。
MITM 攻擊設備依次與響應設備和發起設備交換密鑰
上圖顯示的是 MITM 攻擊設備依次與響應設備和發起設備交換隨機值的情況。在獲得響應設備的隨機值（Nb）前，攻擊設備需要爲響應設備提供它的隨機值（Nc）。這樣，用戶檢查 BLE 設備所顯示的值時會發現不同的 6 數字值，因而認證失敗。
MITM 攻擊設備依次與發起設備和響應設備交換密鑰
上圖顯示的是 MITM 攻擊設備依次與發起設備和響應設備交換隨機值的情況。在獲得發起設備的隨機值（Na）前，攻擊設備需要爲發起設備提供它的約定值（Cc）。發起設備將檢查約定值，從而可以防止攻擊設備修改它的隨機值。用戶檢查 BLE 設備顯示的值時將會發現不同的 6 數字值，因而認證失敗。
2.2.2密碼輸入認證
密碼輸入的認證流程如下圖所示：
密鑰輸入關聯模型使用以下認證措施來防禦 MITM 攻擊：
1) 兩個 BLE 設備都接收到用戶輸入的公有 6 數字或 20 位密鑰（ra 和 rb）。
2) 對於密鑰中的每一位都需要重複執行第 3 到第 7 步（例如， i = 1, 2,….20）。
3) 兩個 BLE 設備選擇 128 位隨機值（Nai 和 Nbi）。
4) 發起設備提供使用兩個 BLE 設備的公有密鑰（PKa 和 PKb）計算得到的約定值（Cai）、 128 位隨機值（Nai）以及密鑰的第 i 位（rai）。
5) 發起設備提供使用兩個 BLE 設備的公有密鑰（PKa 和 PKb）計算得到的約定值（Cai）、 128 位隨機值（Nai）以及密鑰的第 i 位（rai）。
6) 發起設備爲響應設備提供它的 128 位隨機值（Nai）。
7) 響應設備使用發起設備的 128 位隨機值（Nai）來檢查收到的約定值（Cai）。如果該約定值正確，則發起設備將爲響應設備提供它的 128 位隨機值（Nai）。
8) 發起設備使用響應設備的 128 位隨機值（Nai）來檢查收到的約定值（Cai）。如果兩個值相互匹配，則發起設備繼續進行配對流程。
密鑰輸入關聯模型的中心是密鑰逐漸或逐位被公開。 MITM 攻擊設備與發起和響應設備接合時，它只能獲得密鑰的兩位，然後 BLE 設備會檢測到約定值不正確，並中止配對流程。與數字比較關聯模型相比，該模型的缺點是需要進行k次認證（密鑰的每一位需要進行一次），因此很耗時。
2.2.3 OOB認證
OOB認證流程如下圖所示：
4.3安全連接對竊聽的防禦
被動竊聽器是第三個設備，用於監控兩個 BLE 設備間的通信。被動竊聽器需要獲得通過 BLE 鏈接提供的密鑰，從而監控加密通信。
主從設備認證前會計算短期密鑰STK，該密鑰用於鏈路中數據的加密，傳統的匹配過程中通過TK計算得到STK值，TK一般爲簡單的或有規律的數字，容易泄漏，不能有效的防禦被動竊聽。
安全連接中使用橢圓曲線Diffie Hellman（Elliptic Curve Diffie Hellman，簡稱ECDH）密碼體制生成密鑰，達到了政府級美國聯邦信息處理標準（Federal Information Processing Standard，簡稱FIPS）。該算法可以不需要通過 BLE 鏈接交換密鑰而計算出一個公用的 Diffie-Hellman 密鑰，設備使用該密鑰計算生成用於鏈路數據加密的短期密鑰STK，這樣就有效的防禦了藍牙的被動竊聽。
橢圓曲線 Diffie-Hellman（ECDH）算法允許兩個 BLE 設備在進行基於 LE 安全連接的配對時建立一個共享密鑰。配對過程的第二個階段（認證階段 2）將使用共享密鑰（即 Diffie-Hellman 密鑰）來生成長期密鑰（LTK），用以對 BLE 鏈接進行加密。 Diffie-Hellman 密鑰提供了隨機的 256 位，這些位不會被無線交換，如下圖所示。
參考資料
藍牙核心規範Core_v4.2.pdf
藍牙核心規範Core_v4.0.pdf
AN99209_-_PSoC_4_BLE_and_PRoC_BLE_Bluetooth_LE_4.2_Features_Chinese.pdf