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蓝牙

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什么是蓝牙

蓝牙是一种在近距离内让设备之间进行无线连接的通信规范,广泛用于把手机与耳机、键盘、音箱、智能手表等连接起来。不需要线缆就能轻松连接,是它最大的优点。

可达距离常被介绍为「约 10 米」,但这只是一个参考值。蓝牙技术联盟列出的决定因素包括所使用的物理层(PHY)、接收灵敏度与发射功率(-20 dBm 到 +20 dBm)、天线增益与路径损耗,并说明视条件不同,可用距离会在不足 1 米到超过 1 公里之间浮动。耳机、鼠标这类小型设备发射功率低,中间隔着人体或墙壁时距离还会进一步缩短。

版本之间的差异

蓝牙分为两个体系:用于音乐播放和文件传输的 Classic(BR/EDR),以及低功耗的 LE(Low Energy)。规格表上写着支持蓝牙 5 时,其含义也会因为指的是哪个体系而不同。

蓝牙 5 带来的提速和增程,都是 LE 一侧物理层(PHY)的扩展。按蓝牙技术联盟的说明,LE 2M PHY 以 2 Ms/s 运行,但是否实现它属于可选;LE Coded PHY 则可以在不提高发射功率的前提下,把可达距离提升到蓝牙 Core 4.0 的约 4 倍。必须实现的只有原来的 LE 1M PHY,因此即便标注支持蓝牙 5,也不一定能使用高速模式或远距离模式,而且这两者都不适用于 Classic 一侧的通信。

配对到底确认了什么

配对与其说是把设备连起来的操作,不如说是交换用于加密通信的密钥的手续。密钥如何交换取决于设备的输入输出能力,规范中定义了 Just Works、数值比较(Numeric Comparison)、密钥输入(Passkey Entry)和 OOB 这几种关联方式。

  • 数值比较:两台设备显示相同的 6 位数字,由用户确认它们是否一致。如果有第三方插在中间,数字就会不一致,因此可以发现冒充
  • Just Works:用于既没有屏幕也没有按键的设备,缺少确认对方是否为真的步骤。通信会被加密,但对方在未经认证的状态下就完成了连接

耳机、传感器这类没有屏幕的设备往往只能采用 Just Works。也就是说,并不是「配对成功了就安全」,关键在于你在批准的那一刻是否清楚自己连接的是什么。不要批准意料之外的请求,正是出自这一机制。

安全风险

蓝牙存在以下安全风险:

  • BlueBorne:2017 年 9 月由 Armis 公开的一组漏洞,其中包含无需配对即可控制设备的途径。问题出在各操作系统的实现,而不是蓝牙规范本身,主要系统在公开前后都发布了修复
  • 追踪:通过 BLE 的广播信号追踪位置的风险。作为缓解手段,可以定期更换在空中传输的地址,只有持有专用密钥(IRK)的已绑定设备才能把它还原为原始标识符(Resolvable Private Address),但这需要设备启用该功能才会生效
  • 未经授权的配对:批准来自未知设备的连接请求的风险。如前所述,Just Works 并不会确认你批准的对象是否就是你想连接的那台设备
  • 防丢标签被滥用:把 BLE 标签混入他人物品中来追踪其行动。苹果与谷歌于 2024 年 5 月开始提供基于双方共同规范 Detecting Unwanted Location Trackers 的提醒,使 iOS 17.5 及以上和 Android 6.0 及以上能够发现与自己一同移动的陌生标签

安全使用要点

首先是不要批准意料之外的配对请求。请求方显示的设备名可以随意设置,所以不要凭名字判断,而要看是不是自己刚刚把那台设备切换到了配对模式。如果设备会显示数字,一定要核对两侧的 6 位数字是否一致。

其次是把操作系统和设备固件的更新装上。像 BlueBorne 这样实现层面的缺陷,除了更新没有别的办法可以堵住。删除不再使用的设备的配对(绑定)信息,也能减少仍然持有密钥的设备数量。

「不使用时关闭蓝牙」在不发射电波就传不出去这一点上确实可靠。不过如果每天都要用耳机或手表,一直关着并不现实,因此先确认上面三点是否做到会更实用。

如果想更系统地了解蓝牙的工作原理、与 Wi-Fi 的区别以及安全注意事项,请参阅蓝牙是什么 - 工作原理、与 Wi-Fi 的区别及安全性解析。

常见误解

蓝牙距离短所以很安全
可达距离由发射功率和周围环境决定,条件好的时候会大幅超过 10 米。在拥挤的电车或咖啡馆里,附近有陌生人是很日常的场景,所以不要把距离本身当作屏障。
已配对的设备是安全的
配对是交换用于加密通信的密钥的手续,某些方式并不会确认对方是否就是你想连接的那台设备。而且即便已经配对,仍有被人利用设备实现缺陷的余地,因此需要更新操作系统和固件。

经典蓝牙与 BLE 的比较

经典蓝牙 (Classic Bluetooth)

适用于音乐播放和文件传输。功耗较大但传输速度快。

BLE (低功耗蓝牙)

适用于物联网设备和传感器。低功耗,纽扣电池可运行数年。

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