蓝牙加密过程及加密算法 - 夏冰加密软件技术博客

蓝牙加密的加密算法为E0，但实际用于加密的是二进制流密码K_cipher。K_cipher由E0产生。在E0算法中，加密密钥Kc被修改为实际加密密钥Kc′。Kc′可在1~16字节间变化，但其最大有效长度由厂商预置。增加Kc′的长度有利于增强安全性，当前64位加密密钥已足以满足大多数用户的安全要求。

蓝牙加密/解密过程
蓝牙加密过程及加密算法
蓝牙加密E0算法的主要作用是生成二进制密码流K_cipher。蓝牙密码流生成系统使用了4个线性移位寄存器(LFSR)，每个LFSR的输出为一个16状态的简单有限状态机(求和合成器)的组合，该状态机的输出为字节流序列，或是初始化阶段的随机初始值。四个寄存器的长度分别为:L1=25，L2=31，L3=33，L4=39，总长度为128位。

密码流的生成过程
蓝牙加密过程及加密算法
设xtⁱ为LSFRi的第t个符号，那么
y_t=x_t¹+x_t²+x_t³+x_t⁴

求和发生器的输出由下列式子给出：
z_t=x_t¹⊕x_t²⊕x_t³⊕x_t⁴⊕c_t⁰∈{0，1}
s_t+1=(s_t+1¹，s_t+1⁰)=(y_t+c_t)/2∈{0，1，2，3}
c_t+1=(c_t+1¹，c_t+1⁰)=s_t+1⊕T₁[c_t] ⊕T₂[c_t-1]

式中，T1[.]和T2[.]是在GF(4)上的两个不同的线性双射。
密码流的产生需要4个线性反馈移位寄存器的初始值(共128位)和4位用于指定c₀和c_-1的值。这132位初始值由密码流产生器自己产生，输入参数为:Kc、RAND、BD_ADDR和CLK26-1。

下面我们记二进制序列X的第i字节为X[i]，X的第0位为最低位。那么X[i]的最低位对应X的第8i位，X[i]的最高位对应X的第8i+7位。例如蓝牙地址的第24位为ADR[3]的最低位。LFSR的初始化过程如下：
1、从Kc推导出Kc′
Kc′(x)=g₂^(L)(x)(Kc(x)mod g₁^(L)(x))
式中，deg(g1^(L)(x))=8L，为多项式g₁^(L)(x)最高项的次数;deg(g₂^(L)(x))≤128-8L，为多项式g₂^(L)(x)最高项的次数，1≤L≤16，为实际加密密钥。

2、把Kc′、BD_ADDR、26位蓝牙时钟以及常数111001共208位移入线性反馈移位寄存器。

各输入端的信号分配如下：
蓝牙加密过程及加密算法
①过程描述如下:打开所有开关。设置所有移位寄存器内容为0，令t=0。
②开始往LFSR_i中移位。每行最右边的一位最先移入相应的LFSR。
③当第i行的第一位到达LFSRi的最右边时，关闭相应LFSR的开关。
④在t=39时(此时LFSR4的开关已关闭)，令c₃₉=c_39-1=0，现在c₃₉和c_39-1的内容已不重要，在此之前，c₃₉和c_39-1用来计算输出序列。
⑤从t=40起求和合成器开始计数，同时产生输出符号(密钥流)。剩余的输入位不断地移入相应的移位寄存器。当最后一位移入时，移位寄存器记录输入为0。