[发明专利]针对BLE密钥协商协议的侧信道分析方法

权利要求书

1.一种用于BLE密钥协商协议的基于侧信道分析系统的侧信道分析方法，其特征在于，所述侧信道分析系统，包括：嗅探解析模块、电磁信息采集模块和密钥恢复模块，其中：嗅探解析模块捕获BLE设备之间的通讯数据包，然后根据标准数据格式解析出关键的密钥协商参数输出至密钥恢复模块；电磁信息采集模块读取SK计算过程的电磁泄漏信息输出至密钥恢复模块；密钥恢复模块结合AES算法输入和电磁泄漏信息恢复长期密钥(Long Term Key,LTK)，该系统通过采集BLE设备运行计算会话密钥算法时的电磁辐射信息，结合嗅探技术抓取到的密钥协商关键参数，使用相关性功耗分析恢复密钥LTK；

所述的嗅探解析模块包括：嗅探装置和分析单元，其中：嗅探装置将捕获到的蓝牙通讯包传输给分析单元，分析单元控制嗅探装置的启停并根据蓝牙协议标准定义从蓝牙通讯包中解析出初始向量IV和分散因子SKD；

所述的电磁信息采集模块包括：高精度近场电磁探头和示波器，其中：电磁探头与示波器相连并传输捕获到的电磁辐射信息，示波器与嗅探解析模块相连并传输经过数字化的电磁辐射信息；

所述的密钥恢复模块根据捕获到的密钥协商参数与电磁辐射信息使用CPA分析恢复出LTK；

所述的相关性功耗分析，即利用侧信道分析系统对该曲线集进行分析，具体包括以下步骤：

0)使用自动化脚本控制BLE循环发起连接建立与断开请求，触发BLE建立会话密钥协议的执行；

1)采集嵌入式BLE设备中密钥协商协议执行时的电磁泄漏信息，该步骤与嗅探过程同步执行，形成初始曲线集G；当CONNECT_REQ、ENC_REQ或ENC_RSP任一数据包丢失，则将步骤1)中采集到的此条能量迹舍弃，将剩余曲线更新为G’；若数据包均未丢失，则将此条能量迹保留；

2)使用嗅探解析模块捕获建立会话密钥执行时的空口数据包，按照数据包标准格式解析出SKD_m、SKD_s、IV_m和IV_s，进而拼接得到初始向量IV和分散因子SKD，将分散因子SKD和曲线集输出至密钥恢复模块；

因为实际攻击过程中很可能遇到其他BLE设备建立连接的干扰，嗅探解析模块根据数据包的访问地址域筛选出被攻击设备的数据包，通过数据包的操作码OpCode筛选出ENC_REQ与ENC_RSP数据包后从中提取出访问地址，并与CONNECT_REQ中的访问地址进行比较，当一致时通过电磁信息采集模块采集目标设备的电磁曲线；

所述的BLE密钥协商协议是指：配对设备为了保障数据传输安全而建立加密链接的过程，包括以下几个步骤：

0)两设备完成配对过程后，通过密钥分配协议共享一个长期存储的LTK用于后续两设备重新连接时的加密过程，当后续每次建立连接时执行该密钥协商步骤并生成一个会话密钥SK；

1)两设备生成并明文交换随机数形式的初始向量IV和分散因子SKD；

2)两设备使用AES加密生成会话密钥SK＝AES_LTK(SKD)，即加密的明文输入为分散因子SKD，加密密钥为LTK，密文输出为SK；

3)两设备后续的通讯使用SK作为密钥，使用AES-CCM算法进行加密，以保障数据传输安全；

所述的嗅探技术是指：使用嗅探装置从空口数据中捕获BLE广播及连接过程数据包，并依据BLE标准中定义的数据格式对数据包进行解析，得到加密初始向量和密钥协商参数信息；

所述的初始向量IV＝IV_m||IV_s；用于计算会话密钥的分散因子SKD＝SKD_m||SKD_s，其中：主设备，即连接发起设备生成的随机数为IV_m和SKD_m，从设备生成的随机数为IV_s和SKD_s，||为拼接处理；

电磁曲线，采用近场电磁探头捕获，经模数变换后显示、存储和/或分析，具体为在密钥协商算法执行时，以近场电磁探头接近目标BLE设备以采集电磁曲线；

所述的嗅探装置包括：无线电收发模块、符合蓝牙通讯协议的可编程芯片开发板，其中：可编程芯片开发板内置捕获程序以通过无线电收发模块捕获特定信道内的蓝牙通讯数据包用于显示、存储和/或分析；

所述的解析是指：从数据包中筛选出含有密钥协商参数的蓝牙数据包ENC_REQ和ENC_RSP，再根据标准蓝牙协议定义的数据包格式提取出初始向量IV和分散因子SKD。