2. BLE协议基础回顾：BLE协议栈架构、GATT与GAP角色、配对与绑定机制、ATT层安全属性

好，咱们正式开始聊 BLE 配网安全之前，得先把地基打牢。BLE 协议栈这东西，说白了就是一套分层的通信规则。我刚开始啃 BLE 的时候，也被那几层结构绕得头晕。后来做项目踩了坑才明白——不理解协议栈，你根本不知道安全漏洞会从哪一层钻进来。

这一节我会带着大家把 BLE 协议栈的核心骨架捋一遍。重点放在跟安全强相关的部分：GATT/GAP 角色、配对绑定、还有 ATT 层的安全属性。嗯，咱们不搞教科书式的罗列，我会穿插一些实际项目里的教训。

2.1 BLE协议栈架构：Controller、Host、Application

BLE 协议栈分三层：Controller（控制器）、Host（主机）、Application（应用）。

Controller 管物理层和链路层，说白了就是负责发信号、收信号、跳频这些底层活。Host 管逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）、安全管理（SM）、属性协议（ATT）、通用属性协议（GATT）这些。Application 就是咱们写业务逻辑的地方。

我见过不少工程师把安全逻辑全堆在 Application 层，觉得底层不用管。结果呢？中间人攻击一来，数据在 Host 层就被截了。所以我的习惯是：安全必须贯穿三层。

下面这张图是我自己画的 BLE 协议栈分层结构，方便大家对照着看：

2.2 GATT 与 GAP 角色

GAP（Generic Access Profile）管的是设备怎么被发现、怎么建立连接。GATT（Generic Attribute Profile）管的是连接之后怎么读写数据。

你想想看，配网场景里：手机要发现设备，这是 GAP 的事；手机要写入 WiFi SSID 和密码，这是 GATT 的事。两个角色缺一不可。

GAP 角色

• Broadcaster：只发广播，不连。比如 Beacon。
• Observer：只收广播，不连。
• Peripheral：从设备，发广播，等待连接。配网设备通常是这个角色。
• Central：主设备，扫描并发起连接。手机通常是这个角色。

GATT 角色

• Server：提供数据（Service、Characteristic）。配网设备通常是 Server。
• Client：读写 Server 的数据。手机通常是 Client。

GATT 的数据模型是：Service → Characteristic → Descriptor。每个 Characteristic 有 UUID、属性（读/写/通知/指示）、还有安全权限。

GATT 元素	说明	配网中的用途
Service	一组功能的集合	WiFi 配网服务（自定义 UUID）
Characteristic	具体的数据点	SSID 特征、密码特征、状态特征
Descriptor	特征的配置信息	客户端特征配置（CCCD）

2.3 配对与绑定机制

配对（Pairing）是建立安全连接的过程。绑定（Bonding）是把配对信息存下来，下次重连不用再配一次。

BLE 配对分三个阶段：

1. 配对特征交换：双方交换 IO 能力、认证要求、密钥大小。
2. 短期密钥（STK）生成：用 Just Works、Passkey Entry、或 OOB 方式生成 STK。
3. 传输特定密钥：用 STK 加密通道，分发长期密钥（LTK）、身份解析密钥（IRK）、连接签名解析密钥（CSRK）。

配对方式对比：

配对方式	MITM 保护	适用场景	我的建议
Just Works	无	低安全需求	❌ 不推荐配网
Passkey Entry	有	有显示屏/键盘的设备	✅ 推荐
OOB（Out of Band）	有	有 NFC/二维码等带外通道	✅ 强烈推荐
Numeric Comparison	有	双方都有显示屏	✅ 可用

2.4 ATT 层安全属性

ATT（Attribute Protocol）是 GATT 的底层传输协议。每个 ATT 属性都有安全属性，包括：

• 读权限：是否需要加密、是否需要认证、是否需要授权。
• 写权限：同上。
• 加密要求：数据在传输时是否必须加密。
• 认证要求：是否必须经过配对认证。

说白了，ATT 安全属性就是给每个数据点贴标签：谁能读、谁能写、要不要加密、要不要认证。

ATT 安全属性在代码中的配置示例（以 Zephyr 为例）：

// 定义 WiFi 密码特征，要求加密写
BT_GATT_CHARACTERISTIC(&wifi_password_uuid,
                       BT_GATT_CHRC_WRITE,
                       BT_GATT_PERM_WRITE_ENCRYPT,
                       NULL,
                       on_password_write,
                       NULL);

注意看 BT_GATT_PERM_WRITE_ENCRYPT 这个标志。它告诉协议栈：写这个特征之前，必须先建立加密连接。如果没有配对，写入请求会被直接拒绝。

嗯，这里还要提一句：ATT 安全属性是在 Host 层强制执行的。也就是说，即使 Application 层代码写错了，Host 层也会帮你拦住未加密的访问。这就是分层设计的好处——安全底线由底层兜着。