一种针对低功耗蓝牙的定向干扰方法及装置

本发明属于低功耗无线通信安全与射频信号控制，特别涉及一种针对低功耗蓝牙的定向干扰方法及装置。

背景技术：

1、在现有ble（bluetooth low energy，低功耗蓝牙）通信体系中，设备在完成配对与加密建立后，链路层采用基于aes-ccm（aes 加密算法 + ccm 工作模式）的加密与mic（message integrity check）消息完整性校验机制，以保证数据在空口传输过程中的抗篡改能力。当接收端检测到mic校验失败时，通常会判定当前连接存在异常，并可能触发重传机制或直接进入断开连接流程，从而保证链路安全性与一致性。

2、低功耗蓝牙（ble）工作在2.4ghz ism频段，连接建立后，主从设备依据访问地址、连接间隔、信道映射和跳频参数，在数据信道中按连接事件进行周期性交互。加密连接中，ble链路层除crc校验外，还通过mic校验验证数据完整性。当接收端收到crc正确但mic错误的数据包时，通常会认为链路数据被篡改或通信状态异常，并可能触发重传、异常处理或断开连接流程。

3、现有ble干扰技术主要包括：功率压制型干扰和协议感知型选择性干扰。前者通过噪声或扫频信号覆盖ble工作频段，降低接收端信噪比，使目标设备无法正常接收数据包，该类方法虽然实现简单，但作用范围通常覆盖一个或多个无线信道，难以精确限定到某一条ble连接实例。在2.4ghz无线设备密集环境中，功率型干扰不仅可能影响目标ble设备，还可能对其他ble连接、ble广播设备以及wi-fi等同频段无线系统造成附带影响，存在干扰外溢、频谱占用明显和定向性不足等问题。

4、后者通过监听ble广播信道或特定报文特征，在检测到目标信号后触发干扰，相比持续功率压制具有更好的选择性和能量效率，但其本质仍多以“破坏接收过程”为目标。该类方法通常通过在目标报文传输窗口内叠加干扰能量，使接收端无法正确接收或校验数据包，并未充分利用ble连接态中的访问地址、连接事件时序、主从交互关系以及加密完整性校验机制。因此，其定向粒度多停留在频段、信道、广播地址或报文级别，难以实现对单一加密连接的精确状态诱导。

5、现有方案尚缺乏面向ble加密连接态、基于访问地址和连接事件时序的连接实例级定向干扰方法，难以在作用于单一目标连接的同时降低对其他设备通信的影响。

技术实现思路

1、为了克服现有ble干扰方法定向性不足、易影响非目标设备以及未充分利用ble加密连接状态机制等问题，本公开提供了一种针对低功耗蓝牙的定向干扰技术。该方法通过对目标ble连接访问地址和连接事件时序进行识别，在特定通信窗口内发送定制化链路层数据包，诱导目标设备基于mic完整性校验失败机制触发连接异常处理，从而实现面向单一ble加密连接实例的精准干扰，并降低对周边其他无线设备通信的影响。

2、本公开提供的针对低功耗蓝牙的定向干扰方法，主要包括以下步骤：

3、s1，从被动接收数据中识别 ble 连接态数据包，并进行解析，提取包括访问地址在内的连接态信息；

4、s2，当检测到目标访问地址后，触发数据包捕获，连续保存多个属于同一连接的数据包，对这些数据包进行基于crc计算过程的反向求解，获取crc初值；

5、s3，获取访问地址和 crc 初值后，基于协议栈异常触发机制，构造面向目标连接的数据通道干扰包；

6、s4，定时触发与干扰包发射；

7、s5，结果验证与成功判定。

8、进一步的，所述步骤s1具体方法包括：

9、对目标蓝牙通信频段进行被动采集，获得基带 iq 数据；基于功率估计，从连续iq 流中分离出疑似 ble 数据包片段，作为候选信号片段；

10、对提取出的候选信号片段进行预处理和解调，在解调后的比特流中搜索前导码模式；

11、检测到疑似前导码后，将其后连续 4 字节解析为候选访问地址；

12、从访问地址之后的链路层头部中提取数据包声明的有效载荷长度；

13、基于物理层长度一致性校验，对候选包进行筛选；

14、在长度一致性校验的基础上，加入访问地址合法性校验和 header 字段规则匹配；

15、输出连接态检测结果，包括：候选访问地址、所在信道、出现时间戳、包持续时间、估计 rssi、频偏特征、通过校验的包数量以及置信度评分。

16、进一步的，所述步骤s1中，所述基于物理层长度一致性校验，对候选包进行筛选的具体方法包括：

17、统计候选信号片段的样本点数，并根据采样率计算其真实持续时间：

18、

19、其中， 为候选包对应的样本点数， 为采样率；

20、根据 phy 速率，估计候选包在空口中对应的比特数和字节数：候选包的实际空口长度估计为：

21、

22、其中， 为 ble 物理层速率，单位为 bit/s；

23、另一方面，根据解析出的 header 中的 length 字段，计算该数据包理论上应具有的空口长度，对于未编码的 ble 连接态数据包，其总长度由前导码、访问地址、header、payload、crc和计算完成；

24、若实际估计长度  与理论长度  在允许误差范围内一致，则认为前导码定位、访问地址解析和 header length 解析具有较高可信度；若二者差异明显，则认为该候选包可能由噪声、干扰或前导码误识别导致，予以丢弃。

25、进一步的，所述步骤s2具体方法包括：

26、在步骤s1已经识别出目标访问地址的基础上，继续监听对应数据信道，当检测到目标访问地址后触发数据包捕获，并连续保存多个属于同一连接的数据包；

27、对于每个候选数据包，根据 header 中的 length 字段确定 payload 边界，将数据包划分为 header、payload 和末尾 3 字节 crc 校验值；

28、基于ble中crc计算过程进行反向求解，求出能够使“header + payload”计算结果等于包尾 crc 字段的初始状态；

29、对多个具有相同访问地址的数据包分别提取 header、payload 和 crc 字段，并求解或验证同一个 crc 初值；

30、若某个 crcinit 能够同时通过多个数据包的 crc 校验，则认为该值为目标连接的有效 crc 初值；若不同数据包求得的结果不一致，则说明其中可能存在误同步、误解析、低信噪比导致的比特错误或错误的访问地址匹配，则剔除异常包后重新计算。

31、进一步的，所述步骤s3具体方法包括：

32、以步骤s1中得到的访问地址作为构造的数据包的访问地址；

33、设置构造的数据包payload字段长度，该字段中至少应包含 1 字节数据内容和 4字节 mic 字段，即 payload 长度至少为 5 字节；

34、检测端构造错误的 mic 字段；

35、根据步骤s2获得的crc初值，对整个构造后的数据包，重新计算正确的 crc；

36、按照 ble 数据通道包结构，依次填充前导码、访问地址、header、payload和 crc字段，其中，所述payload中包含数据内容和错误mic字段；

37、完成字段填充后，根据所在信道进行白化处理和调制发送。

38、进一步的，所述步骤s4具体方法包括：

39、当干扰数据包构建完成后，射频设备继续在选定 ble 数据信道上进行监听，并以目标访问地址作为触发条件；

40、当检测到包含该访问地址的数据包后，首先判断该数据包的方向和时序位置，以主设备向从设备发送的数据包作为第一触发基准；

41、将主设备数据包的包尾时间作为参考点，在约 150 μs 后发射前一步构造的干扰包，使其落入目标设备的接收时隙。

42、进一步的，所述步骤s4中，还包括：

43、考虑射频设备的处理延迟、发射启动延迟、时间戳误差和空口传播时间因素，对发射时刻进行微小提前补偿，使构造包先于正常响应数据包到达目标接收端。

44、进一步的，所述步骤s5具体方法包括：

45、构造数据包发送完成后，检测设备继续按照步骤s1中的 ble 连接态检测流程，对目标访问地址进行持续监听和解析，包括：射频设备在目标数据信道或预设监听信道上继续捕获 iq 数据，通过能量检测、前导码匹配、访问地址解析、header 字段规则匹配和长度一致性校验，判断原访问地址是否仍然出现在空口数据包中；

46、若在发送构造包之前，目标访问地址能够被稳定检测到，而在构造包发送之后，在连续多个监听窗口内均无法再次检测到该访问地址，则认为干扰成功。

47、一种应用上述方法的针对低功耗蓝牙的定向干扰装置，主要包括：

48、访问地址获取模块，用于从被动接收数据中识别 ble 连接态数据包并进行解析，提取包括访问地址在内的连接态信息；

49、crc 初值获取模块，用于在检测到目标访问地址后，进行数据包捕获，连续保存多个属于同一连接的数据包，对这些数据包进行基于crc计算过程的反向求解，获取crc初值；

50、数据通道干扰包构造模块，用于基于协议栈异常触发机制，构造面向目标连接的数据通道干扰包；

51、干扰包发射模块，用于定时触发与干扰包发射；

52、结果验证与成功判定模块。

53、与现有技术相比，本公开的有益效果是：

54、①通过在非协作被动监听条件下结合物理层特征一致性校验、访问地址恢复、crc初值逆向以及协议字段规则约束，实现了对 ble 连接态数据包的可靠识别与参数重构。在复杂射频环境中，能够有效抑制噪声误检、前导码误同步及随机比特干扰带来的影响，提高连接态访问地址检测与链路参数恢复的准确性与鲁棒性。

55、②同时，通过将物理层检测结果与链路层 header 字段结构约束相结合，降低了对完整连接建立过程的依赖，减少了对协作信息和密钥信息的需求，从而提升了在未知设备与未知链路条件下的适用性。

56、③进一步结合协议栈异常触发机制，实现了对连接状态变化的可观测性增强，为ble 连接行为分析、协议安全性验证以及无线链路状态监测提供了有效技术手段。