探讨蓝牙基于蓝牙单芯片复杂算法实现机制库

论文导读：
摘 要：在深入分析蓝牙芯片内部结构的基础上，结合蓝牙芯片工作特点，设计了基于数字信号处理器（DSP）协处理器算法指令并行结构模型和算法工作的过程。该模型综合考虑算法存储空间和时间开销两方面的性能，将计算量大、复杂度高的算法利用DSP实现。实验结果表明，该方法可以减小算法对蓝牙传输性能的影响，解决了蓝牙单芯片实现复杂算法的问题。
关键词：蓝牙安全；算法；蓝牙单芯片；数字信号处理器协处理器
：A
Implementation of complex computing cryptography algorithm based on Bluetooth chip
HUANG Yi-cai*， YU Bin
Information Engineering University， Zhengzhou Henan 450004， China
Abstract：
Through analysis on the internal structure and the working characteristic of Bluetooth chip， a parallel cryptography algorithm instruction structure model based on Digtal Signal Processor （DSP） coprocessor and the algorithm working procedure was designed. The model was designed by considering two aspects of time overhead and storage space. And the model implemented the high computational and complex cryptography algorithm with DSP coprocessor possible during the Bluetooth communication. The experimental results show that the method can reduce the influence of complex cryptography to Bluetooth tranission.
英文关键词　Key words：
Bluetooth security； cryptography algorithm； Bluetooth chip； Digtal Signal Processor （DSP） coprocessor
0 引言
蓝牙技术以其低功耗、低成本、抗干源于：论文开题报告www.7ctime.com
扰能力强等优点，在人们的日常工作、生活和学习中得到了广泛的应用，并作为一种基本的标准数据通信接口配置在设备上，其广阔的应用前景和方便、快捷的数据通信能力引起了人们对蓝牙安全的关注。
为保证蓝牙通信安全，蓝牙规范定义了蓝牙的设备认证、链路层加密等基本安全措施，但研究表明，蓝牙自身安全机制并不能完全保证蓝牙数据通信的安全。文献[1-5]详细分析了蓝牙自身安全机制，并指出尽管蓝牙规范中定义了设备认证、链路层加密等安全机制，但依靠其自身安全机制仍难以抵抗拒绝服务攻击、PIN（Personal Identification Number）码攻击、中继攻击等。文献[6]指出蓝牙规范所采用了E0算法也并不安全，尽管E0算法采用了128b的密钥，但它的有效密钥不超过大约84b。
为进一步增强蓝牙通信的安全，结合蓝牙协议栈特点设计实际可行的安全增强机制成为了目前蓝牙安全研究的热点问题。由于蓝牙芯片存储空间和计算能力有限，目前大多数研究集中在设计计算量小同时安全强度高的算法或协议来实现蓝牙通信安全。文献[7]利用椭圆曲线算法和SRP-6协议设计了适合蓝牙通信特点的用户认证协议，文献[6]利用椭圆曲线算法设计了一种安全的密钥协商协议，在保证通信安全的同时降低了计算开销。文献[8]提出采用简化的非对称算法对蓝牙配对协议进行了改进，在增强PIN码配对过程安全的同时有效降低算法的存储和计算开销。
为提高算法执行速度，文献[9]基于软硬件分割思想设计并实现了蓝牙安全机制，降低了资源消耗，保证了算法的执行速度。文献[10]设计并实现了一种基于现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array， FPGA）开发平台的蓝牙基带数据包头完整性认证算法，在增强蓝牙通信安全的同时提高了算法的执行速度。在利用蓝牙芯片来实现安全算法方面，文献[12]通过研究现有蓝牙芯片的结构，利用蓝牙芯片来实现算法，不必增加外部处理器，既节约硬件资源，又可以实现数据的“不落地”处理；文中详细研究了利用蓝牙芯片内XAP实现算法的特点，但限于XAP本身的计算能力，计算复杂的算法实现性能较低。文献[13]指出蓝牙芯片内集成的数字信号处理器（Digtal Signal Processor，DSP）具有更高的数据处理能力，适合进行复杂的数据计算，但文中并未针对的算法的实现方法进行深入研究。
综上所述，通过设计新的安全增强方案可以有效增强蓝牙通信的安全，但设计简化的安全算法难度较大，采用硬件来实现新的安全算法又增加了硬件成本，因此，研究计算量大、复杂度高的算法在现有蓝牙芯片内的实现方法，在增强安全性的同时，降低系统硬件成本和复杂性。本文在深入分析蓝牙芯片的结构特点和蓝牙安全应用需求的基础上，研究利用芯片内部DSP协处理器实现算法的基本规律。
1 蓝牙芯片内部结构分析
蓝牙芯片属于一类专用的片上系统结构，其芯片内部包括通用的处理器、片上存储单元以及接口控制电路外，也包括了实现蓝牙底层协议栈的基带及链路控制电路。在芯片内实现快速算法运算需要深入研究片上处理器计算能力，尤其是片上DSP的结构特点。论文导读：1.1处理器计算能力分析蓝牙芯片除实现标准的蓝牙通信规范外，还可以通过对处理器编程，实现简单蓝牙应用，如蓝牙鼠标、耳机等。CSR公司生产的BlueCore系列蓝牙芯片内包括XAP与DSP协处理器。两个处理器在蓝牙数据传输和性能方面具有不同特点。上一页12

1.1 处理器计算能力分析

蓝牙芯片除实现标准的蓝牙通信规范外，还可以通过对处理器编程，实现简单蓝牙应用，如蓝牙鼠标、耳机等。CSR公司生产的BlueCore系列蓝牙芯片内包括XAP与DSP协处理器。两个处理器在蓝牙数据传输和性能方面具有不同特点。