4.1 協定流程
Bluetooth SIG 於 2007 年 7 月 26 日提出 V2.1 新標準 [19]，在安全性方面提出新的 配對方式 Secure Simple Pairing（圖 16） 以解決舊版 Pairing 現有的問題 （例如：離線 字典攻擊、中間人攻擊），主要的改變是不需輸入 PIN 碼，由使用者進行視覺數字比對 來進行鑑別，並可整合其它通訊技術如 NFC（Near Field Communication），也能與之前 版本的藍牙裝置互相通訊。
圖 16 Secure Simple Pairing [20]
第一階段交換公開金鑰：雙方裝置交換彼此的裝置位址與連線能力，以辨識對方與了解
圖 17 交換公開金鑰 [20]
第二階段鑑別 I：驗證雙方於第一階段交換的公開金鑰（gX, gY）與此階段交換的亂數（Na,
Nb）皆傳送無誤。此階段依驗證方式的不同，可分為下列四種模式：
（1） Numeric Comparison 模式（圖 18）
適用於雙方裝置均具有六位數字的顯示能力，並能輸入是與否的情況，如:手機和 PC 連線。運作方式為雙方先各自產生亂數（裝置 A 產生 NA，裝置 B 產生 NB）；接下 來裝置 B 產生驗證值 Cb，並傳給裝置 A；雙方並交換彼此的亂數，裝置 A 自行計算出 驗證值與收到的 Cb 比對，若不相同則拒絕連線，若相同則雙方裝置各計算出六位數字 的視覺比對碼（Va, Vb），供使用者作自視比對，若 Va = Vb 則完成此階段的鑑別。
優點：
1. 在許多未具唯一命名的裝置時，使用者亦可確認裝置間正確鏈結。
2. 解決中間人攻擊的問題。
3. 惡意的第三者即使看見展示數字，也無法從解密獲利。
4. 適用於安全性需求高的環境。
圖 18 鑑別 I -Numeric Comparison 模式 [20]
（2）Just Works 模式
此方法跟 Numeric Comparison 流程類似，不過至少有一方裝置沒有展示六碼數字的 能力也沒有鍵盤輸入能力，如：行動電話跟耳機連線），可防止竊聽，但無法避免中間 人攻擊，因此適用於對安全需求不高的環境。
（3）Out of Band 模式（圖 19）
為了提升連線的安全性，鑑別過程整合藍牙無線頻道之外不同特性的 OOB（Out of Band）頻道（例如：NFC），此頻道要能抵抗猜測、中間人攻擊等。運作流程為以 OOB 頻道傳送關鍵的安全資訊（如藍牙裝置位址、亂數、驗證值）後，雙方再進行驗證。
圖 19 鑑別 I - Out of Band 模式 [20]
（4）Passkey Entry 模式（圖 20）
適用於一方裝置具有輸入能力，但無顯示的能力（假設為裝置 A）；另一裝置則具 有顯示能力（假設為裝置 B）（例如:藍牙鍵盤和 PC 連線），適用於安全需求為較低的環 境。運作的流程為裝置 B 先隨機產生亂數 rb 並顯示於裝置上，供使用者看並輸入裝置 A（ra），此十進位之 6 位數轉成二進位的 20 位元，接下來各自分 20 次，每次雙方各取 出一位元（rai，rbi），並與第一階段交換的公開金鑰（PKa，PKb）和自行產生的亂數（Nai，
Nbi）計算驗證值（Cai，Cbi），並交換驗證值（Cai，Cbi）與亂數（Nai，Nbi），進行驗 證。
圖 20 鑑別 I - Passkey Entry 模式 [20]
第三階段鑑別 II：確認雙方裝置是否完整成功的交換資訊。（圖 21）
圖 21 鑑別 II [20]
雙方裝置以前面產生或交換的資訊，各自產生確認值（Ea，Eb）並交換，以驗證雙 方共享的資訊之正確性。
第四階段產生鏈結金鑰：雙方將前面三個階段中所得到的參數（DHkey 、亂數值、藍 牙裝置位址）作為輸入，經由雜湊函數 f2，各自計算出鏈結金鑰 LK。（圖 22）
圖 22 產生鏈結金鑰 [20]
第五階段加密：加密的方式與過去舊標準 Pairing 的方式相同。此階段將會產生加密金 鑰 KE，是由長度 128-bits 的加密亂數、長度 96-bits 的密文偏移值（產生方式為上次鑑 別方式所創造或是由雙方藍牙裝置位址聯繫在一起）與第四階段所產生的鏈結金鑰當作 輸入參數，經由 SAFER+的演算法 E3 產生加密金鑰。（見圖 23）
圖 23 產生加密金鑰 [20]
4.2 問題
中間人攻擊
在 Secure Simple Pairing 第一階段中，使用橢圓 Diffie-Hellman 金鑰交換，雖然能有 效 的 防 止 被 動 竊 聽 攻 擊 ， 但 是 Diffie-Hellman 加 密 法 沒 有 提 供 任 何 的 身 分 驗 證 機制，可能遭受中間人攻擊。
使用者操作錯誤
根據 Nokia 研究中心針 Secure Simple Pairing - Numeric Comparison 模式可用性分析 測試 [45]，利用雙方裝置計算出六碼數字並顯示在雙方螢幕上，由使用者來比對螢幕上 制-Secure Simple Pairing 的 Numeric Comparison Protocol 進行深入研究，因為此 protocol 安全性較高、無需其它的輔助通訊技術，並可適用於一般具有顯示、輸入能力的付款裝 置，如：手機、PDA、POS 終端機。我們提出輕便的改善機制，讓使用者能沿用原有熟 悉的 PIN（Personal identification number）的輸入方式，來達到雙向鑑別與傳輸的機密性，
並保護消費者的隱私，此外藉由精簡驗證步驟有效提升運作效率。
流程說明
我們在藍牙 Secure Simple Pairing 第一階段的交換公開金鑰中，增加以雙方共享的 PIN 之雜湊函數值作保護。1.首先雙方裝置先交換彼此的藍牙裝置位址、輸出入能力；
對（圖 24）。我們所提出的協定目標為適用於 Numeric Comparison、Just Work 模式。
圖 24 我們提出的 Secure Simple Pairing 改善協定
接下來跳過 Secure Simple pairing 的第二、三階段，直接建立鏈結金鑰（L K）。（圖 25）
圖 25 我們提出的 Secure Simple Pairing 改善協定－鏈結金鑰產生 比較分析
藍牙安全機制最弱的一環在兩個裝置初次連接的配對過程（Pairing）[46]，在高安 全需求的付款應用上，手機與商店 POS 多為初次連接，因此我們提出的新協定主要在 改善配對的過程，以提高其安全性。
由於在現有的藍牙 V2.1 新標準安全機制 Secure Simple Pairing 中，Diffie-Hellman 金鑰交換沒有鑑別使用者身分的能力，以使用者目視比對的方式來避免 DH 金鑰交換可 能遭受的中間人攻擊，然而這種方式可能因為使用者沒看清楚或不了解程序而誤按確認 鍵，這種需要使用者比對而造成失誤的狀況也常出現在網路釣魚（類似的網址）、網路
拍賣截標信（類似的帳號）、軟體安裝（未看清楚條文即按下一步）等。
因此，為了提高配對的安全性與精簡流程，我們沿用使用者過去熟悉的 Pairing 中 操作方式輸入共享秘密值 PIN 碼在高安全需求的付款環境，多為初次連接，可以在每次 付款輸入不同的 PIN，使 PIN 的輸入不必擔心商家得知，也無需額外的保護，而並藉其 保護公開金鑰（gX,gY）的傳送，以避免中間人攻擊，同時也可省去第二、三階段重覆驗 證所需時間，雙方裝置若未能輸入相同的 PIN，或未能正確交換參數，則無法通過驗證 值 Cb 的確認，中斷連線。