一、背景

一個 BLE 設備，可以使用兩種類型的地址（一個 BLE 設備可同時具備兩種地址）：

• Public Device Address（公共設備地址）
• Random Device Address（隨機設備地址）可分為兩類：
  • Static Device Address（靜態(tài)設備地址）
  • Private Device Address（私密設備地址）又可分為兩類：
    • Non-resolvable Private Address（不可解析私密地址）
    • Resolvable Private Address（可解析私密地址）

1.1 公共設備地址 Public Device Address

在通信系統(tǒng)中，設備地址是用來唯一識別一個物理設備的，如TCP/IP網(wǎng)絡中的MAC地址、傳統(tǒng)藍牙中藍牙地址等。對設備地址而言，一個重要的特性，就是唯一性。

對于經(jīng)典藍牙（BR/EDR）來說，其設備地址是一個 48bits 的數(shù)字，稱作“48-bit universal LAN MAC address”。正常情況下，該地址需要向 IEEE 申請，具有唯一性。

這種地址分配方式在 BLE 中也保留了下來，就是公共設備地址（Public Device Address）。由 24-bit 的 company_id 和 24-bit 的 company_assigned 組成。

高 24 位是公司標識，低 24 位公司內部自己賦值。

1.2 隨機設備地址 Random Device Address

但是，在 BLE 時代，只有公共設備地址明顯不夠用了，有如下原因：

公共設備地址需要向 IEEE 購買，需要一筆開銷。

公共設備地址的申請與管理相對繁瑣、復雜，再加上 BLE 設備的數(shù)量眾多（和傳統(tǒng)藍牙設備不是一個數(shù)量級的），導致維護成本增大。

安全因素。BLE 很大一部分的應用場景是廣播通信，這意味著只要知道設備的地址，就可以獲取所有的信息，這是很不安全的。因此固定的設備地址，加大了信息泄露的風險。

為了解決上述問題，BLE 協(xié)議新增了一種地址：隨機設備地址，即設備地址不是固定分配的，而是在設備啟動后隨機生成的。根據(jù)不同的目的，隨機設備地址分為靜態(tài)設備地址和私密設備地址。

1.2.1 靜態(tài)設備地址 Static Device Address

靜態(tài)設備地址是設備在上電時隨機生成的地址，其格式如下：

靜態(tài)設備地址的特征可總結為：

最高兩個 bit 為 “11”。

剩余的 46bits 是一個隨機數(shù)，不能全部為0，也不能全部為1。

在一個上電周期內保持不變。

下一次上電的時候可以改變。但不是強制的，因此也可以保持不變。如果改變，上次保存的連接等信息，將不再有效。

靜態(tài)設備地址的使用場景可總結為：

46bits 的隨機數(shù)，可以很好地解決“設備地址唯一性”的問題，因為兩個地址相同的概率很小。

地址隨機生成，可以解決公共設備地址申請所帶來的費用和維護問題。

1.2.2 私密設備地址 Private Device Address

靜態(tài)設備地址通過地址隨機生成的方式，解決了部分問題。私密設備地址則更進一步，通過定時更新和地址加密兩種方式，提高藍牙地址的可靠性和安全性。根據(jù)設備地址是否加密，又分為兩類：
① 不可解析私密地址 Non-resolvable Private Address
不可解析私密地址和靜態(tài)設備地址類似，不同之處在于不可解析私密地址會定時更新。更新的周期是由 GAP 規(guī)定的，稱作 T_GAP(private_addr_int)，建議值是 15 分鐘。其格式如下：

不可解析私密地址的特征可總結為：

最高兩個 bit 為 “00”。

剩余的 46bits 是一個隨機數(shù)，不能全部為0，也不能全部為1。

以 T_GAP(private_addr_int) 為周期，定時更新。

② 可解析私密地址 Resolvable Private Address
可解析私密地址比較有用，它通過一個隨機數(shù)和一個稱作 identity resolving key(IRK) 的密碼生成，因此只能被擁有相同 IRK 的設備掃描到，可以防止被未知設備掃描和追蹤。其格式如下：

可解析私密地址的特征可總結為：

高位 24bits 是隨機數(shù)部分，其中最高兩個 bit 為“10”，用于標識地址類型；低位 24bits 是隨機數(shù)和 IRK 經(jīng)過 hash 運算得到的 hash值，運算公式為 hash = ah(IRK, prand)。

當主端 BLE 設備掃描到該類型的藍牙地址后，會使用保存在本機的 IRK，和該地址中的 prand，進行同樣的 hash 運算，并將運算結果和地址中的 hash 字段比較，相同的時候，才進行后續(xù)的操作。這個過程稱作 resolve（解析），如果不同則繼續(xù)用下一個 IRK 做上面的過程，直到找到一個關聯(lián) IRK 或者一個也沒找到。

以T_GAP(private_addr_int) 為周期，定時更新。哪怕在廣播、掃描、已連接等過程中，也可能改變。

Resolvable Private Address 不能單獨使用，因此需要使用該類型的地址的話，設備要同時具備 Public Device Address 或者 Static Device Address 中的一種。

1.3 分析廣播包中藍牙MAC地址

使用抓包工具抓取類似如下數(shù)據(jù)包：

其中數(shù)據(jù)包第 6 部分：

其中 TxAdd 表示發(fā)送方的地址類型（0 為 public，1為 random）。
RxAdd 表示接收方的地址類型。
對于普通廣播來說，只有 TxAdd 的指示是有效的，表示廣播發(fā)送者的第一類型。而對于定向廣播來說，TxAdd 和 RxAdd 都是有效的。

其中數(shù)據(jù)包第 7 部分：

如果是隨機設備地址，則查看地址的最高兩位。

• 如果是 “11” 就是靜態(tài)隨機地址。
• 如果是 “00” 就是不可解析私密地址。
• 如果是 “01” 就是可解析私密地址，并執(zhí)行上面說過的 ah 方法進行解析。

二、API說明

以下 MAC 地址接口位于 components\esp_system\include\esp_system.h

2.1 esp_base_mac_addr_set

esp_err_t esp_base_mac_addr_set(const uint8_t *mac)

2.2 esp_read_mac

typedef enum {ESP_MAC_WIFI_STA,ESP_MAC_WIFI_SOFTAP,ESP_MAC_BT,ESP_MAC_ETH, } esp_mac_type_t;esp_err_t esp_read_mac(uint8_t* mac, esp_mac_type_t type)

以下隨機地址接口位于 bt/host/bluedroid/api/include/api/esp_gap_ble_api.h

2.3 esp_ble_gap_set_rand_addr

2.4 esp_ble_gap_clear_rand_addr

三、使用公共設備地址

使用 examples\bluetooth\hci\controller_vhci_ble_adv 中的例程

• 獲取 MAC 地址：

uint8_t mac[6] = {0}; esp_read_mac(mac, ESP_MAC_BT); ESP_LOG_BUFFER_HEX(tag, mac, 6);

• 設置 MAC 地址：
  注意：要在初始化藍牙控制器接口 esp_bt_controller_init() 之前設置 MAC 地址。esp_base_mac_addr_set() 會在地址最后一位或上 0x01

uint8_t mac[6] = {0xbc, 0xdd, 0xc2, 0xd1, 0xc5 ,0x6F}; esp_base_mac_addr_set(mac);

查看地址：

四、使用隨機設備地址

使用 examples\bluetooth\bluedroid\ble\ble_ibeacon 中的例程
注意：工程中默認使用公共設備地址。

將 ble_adv_params.own_addr_type由公共設備地址 BLE_ADDR_TYPE_PUBLIC，改為隨機設備地址 BLE_ADDR_TYPE_RANDOM。

static esp_ble_adv_params_t ble_adv_params = {.adv_int_min = 0x20,.adv_int_max = 0x40,.adv_type = ADV_TYPE_NONCONN_IND,.own_addr_type = BLE_ADDR_TYPE_RANDOM,.channel_map = ADV_CHNL_ALL,.adv_filter_policy = ADV_FILTER_ALLOW_SCAN_ANY_CON_ANY, };

然后設置隨機設備地址：

esp_bd_addr_t mac = {0xD4, 0x5E, 0xEC, 0x0E, 0x7D, 0x9E}; esp_ble_gap_set_rand_addr(mac);

查看地址：

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? 由 Leung 寫于 2021 年 7 月 15 日

總結

以上是生活随笔為你收集整理的ESP32学习笔记（35）——蓝牙MAC地址的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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