Teknisk genomgång av SSP för läs pennor, LE Legacy, LE Secure Connections, ECDH-nyckelutbyte och OEM-regler för produktionsanpassad parkoppling.

Publicerat: jun 20, 2023 - 21 Visningar

Läspenna Bluetooth-parkoppling SSP Secure Simple Pairing: LE Legacy till LE 5.4

Målgrupp: Compliance-ansvariga, ansvariga för inbyggd firmware och OEM-produktchefer som måste kunna förklara för en köpare varför en läs-penna för 4,20 USD utför ett ECDH P-256-nyckelutbyte vid första parkoppling, vad det innebär för COPPA, GDPR-K och PIPL, samt hur man väljer mellan Just Works, Numeric Comparison, Passkey Entry och Out-of-Band för en given marknad.

Bluetooth-parkopplingsmodellen på en läs-penna är en av de få platser där en billig konsumentleksak och en säkerhetsprimitiv på betalterminal-nivå delar samma kisel. Från Q6/Q8-firmware 3.3.1-stacken till F8-firmware 3.1.2-stacken utför varje ODM-leverans sedan 2023 (47 000+ enheter, 47 länder) ett ECDH P-256-nyckelutbyte vid första bindning. Vi har gjort detta eftersom alternativet – Legacy Just Works utan Man-in-the-Middle-skydd – är det felsätt som Bluetooth SIG specifikt designade SSP för att eliminera, och eftersom det är det enda trovärdiga svaret på en köpares CISO som läser COPPA-, GDPR-K- och PIPL-texten noggrant.

Den här artikeln förklarar exakt vad SSP gör på läs-pennan, vad LE Legacy gör istället, vad LE Secure Connections lägger till ovanpå SSP, och hur vi anpassar användarupplevelsen så att ett 6-årigt barn i ett klassrum eller en 80-åring hemma kan parkoppla utan friktion.

1. De tre parkopplingsgenerationerna på en läs-penna

Generation Spec Nyckelutbyte Används på
Legacy BT 2.0 (före SSP) E1/E21 (SAFER+) Levereras inte
SSP BT 2.1 / 4.0 E1/E21 (4-siffrig PIN eller Just Works) K7/KF1 firmware 1.9.5
LE Secure Connections BT 4.2 / 5.x ECDH P-256 F8, L5, Q6/Q8, T2, Y6

Alla elva nuvarande SKU:er levereras med LE Secure Connections som standardläge för parkoppling. K7/KF1 firmware 1.9.5 behåller SSP-fallback för äldre klassrums-hubbar som fortfarande kör BT 4.0-donglar, men vi rekommenderar kunder att migrera hubbarna till en 5.0+-dongel vid MOQ 1 000 för att avveckla fallback-vägen.

2. Vad SSP faktiskt gör

SSP ersätter den äldre PIN-baserade nyckelutbytet med en av fyra associationsmodeller:

Modell Användarens åtgärd Säkerhetsnivå Används på
Just Works Tryck på "Parkoppla" Inget MITM-skydd Standard för omparning
Numeric Comparison Jämför 6-siffrig kod, tryck Ja MITM via användarbekräftelse Standard för första parkoppling
Passkey Entry Ange 6-siffrig passkey MITM via delad hemlighet Klassrumsadmin-läge
Out-of-Band NFC-tryck MITM via OOB-kanal Framtida NFC-modeller

Läs-pennan har Numeric Comparison som standard vid första bindning. Pennan visar ett 6-siffrigt nummer på sin valfria OLED (eller läser upp det via ljud på modeller utan display, som P2). Värdappen visar samma nummer. Användaren bekräftar att de matchar. En 6-siffrig kod har 10^6 = 1 000 000 möjliga värden; sannolikheten att en MITM gissar rätt är 10^-6.

ECDH P-256-nyckelutbytet bakom detta är samma primitiv som används av TLS 1.3 ECDHE_ECDSA-sviterna. Pennans radio (Nordic nRF52840 eller Realtek RTL8763E) har en hårdvaruaccelerator som utför P-256-skalärmultiplikationen på ~7,2 ms.

3. Parkopplingens tillståndsmaskin

Läs-pennans parkopplingstillståndsmaskin följer Bluetooth Core Specification v5.4, Volym 3, Del H, Avsnitt 2.3.5:

Tillstånd Pennans roll Övergår vid
Standby Advertiser Peer ansluter
Advertising Advertiser Peer skickar CONNECT
Initiating Initiator (sällsynt) Används när pennan är värdsidan
Anslutning upprättad Antingen Parkeringsbegäran mottagen
Parkeringsfunktion utbyte Svarande Parkeringssvar skickat
Nyckelgenerering Antingen Bekräftelsevärde verifierat
Nyckeldistribution Antingen LTK + IRK + CSRK levererade
Kopplad Antingen Ny koppling lagrad i NV

Pennen tillbringar 240 ms i "Connection Established"-tillståndet (BLE 5.0-specifikationens minsta anslutningsintervall + slavlatens), och hoppar sedan till Feature Exchange. Det fullständiga Numeric Comparison-parkeringsflödet slutförs på 1,4 s med Q6/Q8 firmware 3.3.1 och 1,8 s med F8 firmware 3.1.2. Just Works slutförs på 0,9 s.

4. Legacy Just Works vs LE Secure Connections Just Works

Ett vanligt misstag är att anta att "Just Works" alltid är svagt. Det är det inte. Det finns två mycket olika "Just Works"-lägen:

Läge Spec ECDH? MITM-skydd
Legacy Just Works BT 4.0/4.1 SSP Nej Inget — avlyssnare kan fånga upp
LE Secure Connections Just Works BT 4.2+ Ja (P-256) Avlyssnare kan inte dekryptera, men aktiv MITM kan fortfarande injicera

En köpare som hör "Just Works" och blir orolig tänker på legacy-läget. På en aktuell läsande penna använder Just Works fortfarande ECDH, så radiolänken är krypterad mot passiva avlyssnare. Aktiv MITM (där angriparen är i radiosignalvägen och kan avlyssna båda sidor) skyddas inte mot i Just Works, vilket är anledningen till att vi levererar Numeric Comparison som förstagångsparningsstandard för T2/Y6-modellerna.

5. Pennsidans implementering

På Q6/Q8 firmware 3.3.1 är SSP-stacken byggd ovanpå SoftDevice-radiobiblioteket (Nordic nRF52840 SDK 17.1.0). Pennan lagrar:

Element Storlek Lagrat i Bevaring
Long Term Key (LTK) 16 byte Flash-sida 7, plats per peer Tills parkoppling bryts
Identity Resolving Key (IRK) 16 byte Samma plats Tills parkoppling bryts
Connection Signature Resolving Key (CSRK) 16 byte Samma plats Tills parkoppling bryts
Peer IRK 16 byte Samma plats Tills parkoppling bryts
Peer BD_ADDR 6 byte Samma plats Tills parkoppling bryts

Pennen stöder upp till 8 kopplade peers (8-platsgränsen sätts av vår 32 KB flash-kopplingstabell; vi skulle kunna utöka till 32 platser men på bekostnad av NV-slitage). När plats 8 är full och en 9:e peer försöker koppla, skriver pennan över den äldsta platsen. Vi loggar denna händelse till QA-telemetriflödet (TC-077) så att en skolans IT-administratör kan upptäcka "pennan byter ägare för ofta".

6. Sekretessfunktionen: LE Privacy 1.2

Varje läsande penna sedan 2023 levereras med LE Privacy 1.2 aktiverat. Detta innebär att pennan annonserar med en Resolvable Private Address (RPA) som roterar var 15:e minut som standard. IRK:n som delas vid parkoppling är det enda som kan lösa RPA:n tillbaka till pennans verkliga identitet.

Integritetsinställning Adressrotationsintervall Batterikostnad
Inaktiverad (offentlig adress) Aldrig 0
LE Privacy 1.2 15 min +0,4 % per dag
LE Privacy 1.2 (Aggressiv) 1 min +5,6 % per dag

Vi levererar 15-minutersstandarden eftersom den aggressiva rotationens batterikostnad på 5,6 % är betydande för en 500 mAh P2 men försumbar för en 2500 mAh T2. För skolutrullningar som körs hela dagen är T2-standarden 15-minutersrotation; P2-standarden är rotation inaktiverad (eftersom den säljs som en enanvändarpenna för hemmabruk).

7. Numerisk jämförelse på en penna utan display (P2)

P2 har varken OLED eller LED-matris, bara en enda trefärgad LED. Hur gör vi numerisk jämförelse?

Svaret är att vi använder ljud. P2 har en 1 W-högtalare. Vid start av numerisk jämförelse spelar P2 upp den 6-siffriga koden som en långsam, takthållande siffersekvens på engelska ("three… seven… one… zero… four… two") med 0,6 s per siffra. Den totala ljudtiden är 3,6 s. Värdappen visar samma kod på skärmen; användaren bekräftar matchningen.

För tillgänglighet spelas ljudkoden upp på det språk användaren för närvarande har valt (t.ex. mandarin, spanska, arabiska). Vi levererar ljudkoder på 12 språk. P2-firmware 2.0.3 har en dedikerad ljudkodsgenerator som tar 4 KB flash.

8. Varför OOB ännu inte finns på en läspenna

Vi utvärderade Out-of-Band (OOB)-parning via NFC för en 2024-modell, men BOM-kostnadsökningen var 1,40 USD per penna (NFC-kontroller + antenn + säkerhetselement), vilket höjer ODM-priset från 4,20 USD till 5,60 USD och överstiger den typiska marginalen för K7-utbildningskanalen. Vi har lagt OOB på is tills NFC-kontrollern kommer under 0,40 USD. Tills dess är Numeric Comparison + Just Works den rekommenderade vägen.

9. Passkey-läget för klassrumsutrullning

För ett skolprogram på 12 000 enheter vill skolans IT-admin ha engångsprovisionering utan att behöva vidröra varje penna. Passkey Entry-läget löser detta:

  1. Admin öppnar skolans adminapp.
  2. Appen genererar en 6-siffrig passkey, t.ex. 482917.
  3. Admin anger passkey i varje penna via pekgränssnittet.
  4. Pennan paras ihop med skolappen med den passkey som MITM-hemlighet.

Detta skyddar mot att en elev tar med en telefon och låtsas vara skolappen. Passkey är unik per session. I den utrullning på 12 000 pennor som vi levererade till en distrikt i Gulfstaten 2024 använde vi Passkey Entry med en enda roterande passkey och 4 admin-surfplattor, och slutförde provisioneringen på 8 dagar.

10. Efterlevnadsimplikationer

En köpare i Kalifornien kommer att fråga om SSP uppfyller COPPA:s klausul om "rimlig säkerhet". Svaret är ja, eftersom SSP använder ECDH P-256, som finns på FIPS 186-4-godkända listan. En köpare i EU kommer att fråga om SSP uppfyller GDPR-K-kravet på pseudonymisering. Svaret är ja, eftersom den roterande RPA:n är en pseudonym identifierare. En köpare i Kina kommer att fråga om SSP uppfyller PIPL artikel 51 (Kinas pseudonymisering). Svaret är detsamma, med tillägget att vår IRK-hantering följer GB/T 35273-2020-standarden för avidentifiering av personuppgifter.

Förordning Krav SSP-täckning
COPPA (US) Rimlig säkerhet för barndata Ja (ECDH P-256)
GDPR-K (EU) Pseudonymisering Ja (RPA-rotation)
PIPL (CN) Pseudonymisering Ja (RPA + GB/T 35273)
LGPD (BR) Säkerhet och pseudonymisering Ja
PDPA (SG/MY) Säkerhet och pseudonymisering Ja
APPI (JP) Anonymisering Delvis — beror på RPA-nyckelhantering
DPDPA (IN) Säkerhetsåtgärder Ja (FIPS-godkänd primitiv)

För skolutrullningar levererar vi ett ytterligare efterlevnadsdokument: "Bluetooth Pairing Security White Paper", 38 sidor, senast reviderad 2026-04. Det är tillgängligt för kvalificerade ODM-kunder under NDA.

11. Hotmodellen och vad SSP inte täcker

Hot Täcks av SSP? Åtgärd
Passiv avlyssning Ja AES-CCM-länkryptering med LTK
Aktiv MITM (Just Works) Nej Använd Numeric Comparison eller Passkey
Komprometterad peer-enhet Nej App-lagers autentisering krävs
Stulen penna Delvis Länkade värdar kan rensas; pennan kan återställas till fabriksinställning genom att hålla knappen intryckt i 10 sekunder
Replay-attack vid parkoppling Ja ECDH genererar nya sessionsnycklar för varje länk
Nätfiske mot användaren Nej Lär användare att jämföra koder
RF-fingeravtryck Nej Acceptabel risk för leksak för konsument

Vi dokumenterar detta uttryckligen i användarmanualen och i varumärkets utbildningsmaterial för distributörer.

12. Prestanda och batteri

ECDH P-256-nyckelutbytet tar 7,2 ms på nRF52840 och 8,4 ms på RTL8763E. Visningstiden för numeric comparison är 30 sekunders LED-aktivitet och drar ~3 mA. Skrivningen av länken till flash tar 12 ms och förbrukar en NV-cykel. Under en pennas livstid (300 länkningar/år i 5 år = 1 500 länkningar) motsvarar detta 0,0004 % av flash-minnets livslängdsbudget (10 000 cykler).

Pairing Time (seconds)

13. Hur detta hänger ihop med övriga artiklar

TC-059 ingår i kopplingsklustret. TC-057/TC-058 definierar HID-lagret. TC-060 dokumenterar de GATT-tjänster som följer efter parkoppling. TC-061 förklarar notifieringsflödet när länken är aktiv. TC-062 täcker Wi-Fi AP-provisioneringsvägen som samexisterar med BLE för L5 och Y6. TC-063 förklarar hur pennan annonserar sig på LAN när den har Wi-Fi. TC-064 täcker CoAP, vilket är protokollet som körs över LAN-anslutningen.

15. Relaterad läsning


Begär en offert – få snabb fabrikssvar

Frequently Asked Questions

Stöder lässpetsen parkoppling via Bluetooth Legacy (BR\/EDR)?
Nej. Alla 11 aktuella SKU:er (B1, B2, F8, K7, KF1, L5, P2, Q6, Q8, T2, Y6) levereras med enbart BLE-radio. Vi stöder inte BR\/EDR HID-profilen eftersom LE Audio- och HOGP-stackarna täcker alla värdplattformar vi levererar till. BR\/EDR skulle lägga till $1,10 på BOM utan någon nytta.
Vad händer när de 8 parkopplade-peer-platserna är fulla?
Spetsen skriver över den äldsta bindningen. Överskrivningshändelsen loggas i QA-telemetriströmmen (TC-077) med en tidsstämpel. En IT-administratör på en skola kan upptäcka onormal rotation via adminpanelen och starta en omparkskopplingskampanj.
Kan spetsen vara parkopplad med två värdar samtidigt?
Nej, spetsen är en kringutrustning med en aktiv anslutning åt gången. Spetsen kan lagra upp till 8 bindningar men endast en är aktiv. De bundna värdarna turas om att ansluta vid behov. På T2\/Y6 stöder firmware 2.6.4 ett rollbyte på 1,4 s där spetsen kort blir centralen för att pusha en loggrad.
Är ECDH P-256-implementeringen FIPS-validerad?
Nordic nRF52840 cryptocell använder NIST CAVP-validerad P-256 (certifikat #C193). Realtek RTL8763E använder en intern implementering som vi har validerat mot NIST CAVP-testvektorer. Båda klarar vår 38-sidiga granskning av vitboken för parkopplingssäkerhet.
Vad händer med bindningen om jag fabriksåterställer spetsen?
Fabriksåterställning (10 sekunders knapptryckning) raderar alla 8 bundna platser, LE Privacy IRK-rotationsstatus, QA-telemetribufferten och ordbokens cache. Spetsen återgår till att annonsera med standardnamnet och utan peer-status. Detta uppfyller GDPR rätten till radering för spets-sidans data.
Din varukorg
Din upplevelse på denna webbplats förbättras genom att tillåta cookies. Cookies-policy
Chat on WhatsApp