BLE设备MAC地址简介

BLE_002

　　背景

　　有客户用我司E92主从一体蓝牙模组去对接别家从机时，出现了发现服务失败的异常现象，但是用手机nRF Connect APP测试却能连接成功，这个是什么原因？

　　为了回答这个问题，下文将先对BLE蓝牙 MAC地址类型进行简述，再在文末进行解答。

　　过程

　　1、MAC地址分类

　　我们从E92主从一体模组使用说明书0x02发起连接指令一节，可看出BLE设备有4种类型的设备MAC地址，分别是：
　　●静态公开地址Static public address
　　●静态随机地址Static random address
　　●私有随机可解析地址 Resolvable private random address
　　●私有随机不可解析地址 Non-resolvable private random address

　　2、静态公开地址Static public address

　　在BR/EDR经典蓝牙设备中，其地址是一个48bits的数字，称作“48-bit universal LAN MACaddresses” (和电脑的MAC地址一样)。正常情况下，该地址需要向IEEE申请（其实是购买）。企业交钱，IEEE保证地址的唯一性。

　　当然，这种地址分配方式，在BLE中也保留下来了，就是Static public address。

　　Static public address共6字节，由24-bit的company_id和24-bit的company_assigned组成，具体可参考蓝牙Spec中相关的说明。

　　但是，在BLE时代，只有Static public address还不够，有如下原因：
　　1）Static public address需要向IEEE购买。虽然不贵，但在BLE时代，相比BLE IC的成本，还是不小的一笔开销。
　　2）Static public address的申请与管理是相当繁琐、复杂的一件事情，再加上BLE设备的数量众多（和传统蓝牙设备不是一个数量级的），导致维护成本增大。
　　3）安全因素。BLE很大一部分的应用场景是广播通信，这意味着只要知道设备的地址，就可以获取所有的信息，这是不安全的。因此固定的设备地址，加大了信息泄漏的风险。
　　　 为了解决上述问题，BLE协议新增了一种地址：Static random address，即设备地址不是固定分配的，而是在设备启动后随机生成的。

　　3、静态随机地址Static random address

　　Static random address是设备在上电时随机生成的地址，共6字节。

　　特征：
　　1）最高两个bit为“11”。
　　2）剩余的46bits是一个随机数，不能全部为0，也不能全部为1。
　　3）在一个上电周期内保持不变。
　　4）下一次上电的时候可以改变。但不是强制的，因此也可以保持不变。如果改变，上次保存的连接等信息，将不再有效。

　　Static random address的使用场景可总结为：
　　1）46bits的随机数，可以很好地解决“设备地址唯一性”的问题，因为两个地址相同的概率很小。
　　2）地址随机生成，可以解决Static public address申请所带来的费用和维护问题。

　　4、私有随机可解析地址 Resolvable private random address

　　Resolvable private address比较有用，它通过一个随机数和一个称作identityresolving key (IRK) 的密码生成，因此只能被拥有相同IRK的设备扫描到，可以防止被未知设备扫描和追踪。

　　特征：
　　1）由两部分组成：
　　●高位24bits是随机数部分，其中最高两个bit为“10”，用于标识地址类型；
　　●低位24bits是随机数和IRK经过hash运算得到的hash值，运算的公式为hash = ah(IRK,prand)。
　　2）当对端BLE设备扫描到该类型的蓝牙地址后，会使用保存在本机的IRK，和该地址中的prand，进行同样的hash运算，并将运算结果和地址中的hash字段比较，相同的时候，才进行后续的操作。这个过程称作resolve（解析），这也是Non-resolvable private address/Resolvable private address命名的由来。
　　3）以T_GAP(private_addr_int)为周期，定时更新。哪怕在广播、扫描、已连接等过程中，也可能改变。
　　4）Resolvable private random address不能单独使用，因此需要使用该类型的地址的话，设备要同时具备Static public address或者Static random address中的一种。

　　5、私有随机不可解析地址 Non-resolvable private random address

　　Non-resolvable private random address 和Static random address类似，不同之处在于，Non-resolvable private random address 会定时更新。更新的周期称是由GAP规定的，称作T_GAP(private_addr_int)，建议值是15分钟。

　　特征：
　　1）最高两个bit为“00”。
　　2）剩余的46bits是一个随机数，不能全部为0，也不能全部为1。
　　3）以T_GAP(private_addr_int)为周期，定时更新。
　　注：Non-resolvable private random address 有点奇怪，其应用场景并不是很清晰。地址变来变去的，确实是迷惑了敌人，但自己人不也一样被迷惑了吗？因此，实际产品中，该地址类型并不常用。

　　结论

　　回答文章开头的用户疑问，E92主从一体模组对接别家从机发现服务失败的原因，可能是客户把发起连接指令中的从机MAC地址类型给填错了，因为客户按照惯例一般会填成0x00（我司模组addr_type 默认都是0x00，代表静态公开地址），而别家从机用的是0x02，代表私有随机可解析地址。

　　正确的做法如下所示：

　　当E92开启扫描后，MCU串口会收到模组0x82广播事件上报，用户需从中解析出该广播的addr_type 设备地址类型，之后在0x02发起连接指令中需正确填入该广播的addr_type，这样才能成功建立连接并发现服务。