BLE4.0低功耗蓝牙协议：加密与安全概述

"本文档主要介绍了BLE4.0低功耗蓝牙协议，涵盖了协议的基本组成、控制器的各个层次，特别是链路层的详细机制，包括物理层的调制、射频信道、发射功率，以及链路层的状态机、数据包格式、设备过滤等。文档还特别提到了安全加密过程，并介绍了NRF51822芯片的Radio特性。" BLE4.0低功耗蓝牙协议是物联网设备中广泛采用的通信标准，它以低功耗和高效能著称。协议主要由HOST层和CONTROLLER层构成，CONTROLLER层负责物理层和链路层的功能，而HOST层则处理更高层次的网络和应用协议。 在物理层（PHY），BLE4.0工作在2.4GHz ISM频段，采用GFSK调制方式。频段被划分为40个独立的射频信道，发射功率可调节以适应不同的覆盖范围需求。链路层是BLE的核心，它管理设备的状态机，包括就绪态、广播态、扫描态、发起态和连接态。链路层数据传输过程中，数据通过前导码、接入地址、CRC校验和数据白化等机制保证传输的准确性和安全性。 加密过程在BLE协议中至关重要，以防止未授权的访问。安全管理配对绑定过程包括多个阶段，涉及主从设备间特征值和确认值的交换。主机与从机通过LL_ENC_REQ发起加密请求，使用随机数和EDIV、RAND参数计算会话密钥SK，最终生成短期密钥STK，用于保护通信的隐私性。这些随机数由Link Layer生成，确保其随机性和安全性。 NRF51822是一款常用的BLE芯片，其Radio模块支持EasyDMA，简化了数据传输，并具有设备地址白名单功能，增强了连接的安全性。Radio的状态机和时间参数精细化管理，确保了无线通信的高效和可靠。 在非连接状态下，BLE设备可以处于广播或扫描模式，进行无连接的数据传输。广播态下，设备可以选择不同类型的广播事件，如定向和非定向连接广播，以实现不同场景下的通信需求。 BLE4.0协议的详细分析和NRF51822的特性介绍，为理解和实现BLE设备的开发提供了全面的参考。无论是硬件设计还是软件编程，这些知识都是构建高效、安全的低功耗蓝牙解决方案的关键。