Tuya Developer Forum

本文所论述的 BLE 双模设备特指 BLE + BT 的蓝牙设备，非 BLE + WiFi 设备，请注意区分。
即一颗蓝牙芯片同时支持经典蓝牙（BT）和 BLE 通讯。

1. 介绍

BT(经典蓝牙)泛指支持蓝牙协议在4.0以下的模块，一般用于数据量比较大的传输，如：语音、音乐等较高数据量的传输。经典蓝牙模块又可细分为：传统蓝牙和高速蓝牙模块。

传统蓝牙模块在2004年推出，主要代表是支持蓝牙2.1协议的模块，在智能手机爆发的时期得到了广泛的使用。高速蓝牙模块在2009年推出，速率提高到约24Mbps，传输速率是经典蓝牙的八倍，可以轻松的应用于录像机到电视、PC到PMP、UMPC到打印机之间的资料传输。

BLE是指支持蓝牙协议4.0或者以上的模块，最大的特点就是成本和功耗的降低，可以应用于实时性要求较高的产品当中，比如：智能家居类（蓝牙锁、蓝牙灯）、传感设备的数据发送（血压计、温度传感器）、消费类电子（电子烟、遥控玩具）等。

低功耗蓝牙和传统蓝牙其实是有很大的区别的，低功耗蓝牙是nokia的wibree标准上发展起来的。在功耗上，传统蓝牙有三个级别的功耗，class1、class2、class3分别支持100m、10m、1m的传输距离；低功耗蓝牙却没有功耗级别，一般发送功率在7dbm左右。

蓝牙双模设备如果想要正常使用，分为 BT 配网 + BT 配对两个步骤，流程有以下三种：

BLE 单独配对，引导用户去系统蓝牙设置页面手动搜索配对
一次配网，通过 BLE 传输 BT mac，Android 可以直接发起连接，iOS 需要设备发起或者手动连接
一次配网，通过 CTKD 认证方式

第二种方案中设备在BLE配网过程中会将BT地址传给APP，安卓端APP可以直接调用BT配对接口配对设备，但是IOS端不能直接调用BT配对，只能在面板引导用户去进行BT配对。

蓝牙CTKD能力，通过CTKD能力可以将BLE配对产生的LTK转化为BT配对需要的LinkKey，从而实现一次性完成BLE和BT的配对，从而提升蓝牙耳机、手表等蓝牙双模产品的产品体验。

本文将介绍 CTKD 方式。

2. CTKD

蓝牙CTKD是蓝牙4.2版本引入的一种交叉传输密钥派生的安全机制，全称 Cross-transport key derivation，主要用在蓝牙双模设备上，它可以跨越BLE和BT的边界，通过将BLE配对生成的LTK转化成BT配对的LinkKey，从而直接实现BT的配对，当然也可以通过BT配对生成的LinnkKey转化成BLE的LTK来实现BLE的配对，目前我们主要研究和使用前者。通过CTKD可以通过一次配对将BT和BLE两个链路都配对上，从而提升蓝牙双模设备的配对体验。

PS：虽然蓝牙4.2就支持CTKD特性，但是在引入CTKD特性的时候，有一些安全风险https://www.bluetooth.com/learn-about-bluetooth ... blurtooth/，所以在蓝牙5.1版本中加入了对CTKD的限制，解决了该问题，所以建议在蓝牙5.1版本后使用CTKD特性。

【设备要求】

1.BT和BLE的MAC地址必须保持一致。在蓝牙核心规范中CTKD的介绍中并没有直接说明BT和BLE的MAC地址要保持一致，但是在分析蓝牙配对绑定的流程中发现双方只在BLE配对的时候交换了一次MAC地址，并没有发现有交互BT MAC的流程。但核心规范中的Controller层规范中读MAC地址的命令中有这样的描述：On a BR/EDR/LE Controller, the public address shall be the same as the BD_ADDR。所以通过理论和实践结合可以得出结论：支持CTKD特性的蓝牙双模式设备，BT和BLE的MAC地址需要保持一致。

2.设备BLE配对需要支持安全配对 Secure Pairing Secure Pairing是蓝牙4.2支持的一种安全配对方式。与legacy Pairing配对方式使用AES对称加密算法来加密链路不同的是，Secure Pairing使用椭圆曲线ECDH的公钥算法来进行配对和鉴权流程，从而可以做到防窃听攻击，增强了链路的安全性。

【手机端要求】

【IOS】

版本要求在 IOS13以上： https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2019/901

【安卓】

版本在Android 11以上

3. 使用流程

1. 设备发送BLE广播

将BT和BLE的MAC地址设置一样后，设备就可以通过BLE发送可连接广播了。 CTKD特性要求蓝牙设备需要开双模模式，所以设备的BLE广播要按照蓝牙双模的类型进行广播，即BLE广播中的Flag类型字段中不支持BR/EDR的bit需要置0，如下图：

所以支持CTKD功能的BLE广播前缀不应该使用单模的 02 01 06，而应该使用 02 01 02 。如下图：

2. BLE 配对

建立 gatt 连接
手机或者设备端发起 Security_Request
手机端发起 Pairing_Request，完成数据交换

SC：表示是否支持Secure Connection 即上面说的安全配对，支持CTKD特性需要将SC该标志位置1。
CT2：该标志位决定了双方使用什么算法来生成BT的LinkKey。

SC标志位是生成LinkKey的前提， CT2标志位决定了生成LinkKey的算法

3. 密钥下发
配对阶段一中的配对信息交换后，配对阶段二会选择Secure Pairing作为配对方式，BLE配对完成后会生成LTK，流程如下图所示，LTK的生成会依赖于设备双方的MAC地址。

在生成LTK后，会根据阶段一中交换的配对信息中的CT2标志位，决定使用什么算法来生成LinkKey。

Code: Select all

If at least one device sets CT2 = 0 then
    1. ILK = h6(LTK, “tmp1”)
    2. BR/EDR link key = h6(ILK, “lebr”)
If both devices set CT2 = 1 then
    1. ILK = h7(SALT, LTK)
    2. BR/EDR link key = h6(ILK, “lebr”)

经过该流程后，最终生成了BT配对的LinkKey，实现了在BLE配对的同时完成了BT的配对。

Tuya Developer Forum

蓝牙 BLE + BT 双模设备配网

蓝牙 BLE + BT 双模设备配网

1. 介绍

2. CTKD

3. 使用流程