一、蓝牙架构
蓝牙分为BR/EDR和BLE两个标准，前者被称为传统蓝牙，后者则为低功耗蓝牙，其中BLE是在蓝牙4.0中添加的，但这并不意味着蓝牙4.0就等于BLE，而是蓝牙4.0之后，设备可以支持蓝牙双栈。蓝牙拥有类似于OSI参考模型的架构，但是由于其自身特点，还是有些不同。
1. 蓝牙基本协议
物理层：蓝牙使用2.4GHz——2.480GHz作为无线的信道。为了避免出现WLAN中信道冲突的情况，蓝牙会在40个2.4GHz频道之间进行跳频，但是在BLE配对时，只会使用2.402GHz(Band 37)、2.426GHz(Band 38)和2.480GHz(Band 39)这三个信道进行，对于BR/EDR，这个数据还有待补充。
链路管理协议(Link Management Protocol, LMP)：LMP是蓝牙的数据链路层，LMP是Bluetooth SIG强制要求实现的协议之一，在真正的蓝牙设备上，LMP是在芯片中实现的，就好像FullMAC模式下的WLAN芯片一样。在2019年的35C3会议上，seemoo-lab展示了internalblue项目，使得我们可以通过Broadcom和Cypress的蓝牙芯片固件接口发送LMP报文。
主机控制器接口(Host Controller Interface, HCI)：HCI是操作系统和蓝牙芯片的通信协议接口，是Bluetooth SIG的可选标准，但主流的操作系统都是通过HCI来控制蓝牙设备的（至少开源的Linux和Android是这样）。在Android中可以在开发者选项里打开蓝牙HCI日志记录，就可以查看Android系统的HCI交互报文。
逻辑链路控制和适配接口(Logical Link Control and Adaptation Protocol, L2CAP)：L2CAP是Bluetooth SIG强制要求实现的协议之一，有点类似于TCP/IP协议中的网络层协议，但是存在端口的概念，L2CAP的端口只绑定不同的蓝牙Profile，而不是系统的不同进程。
射频通讯(Radio Frequency Communication, RFCOMM)：RFCOMM是Bluetooth SIG的可选标准，也是类似于L2CAP一样存在端口，但是端口数量不如L2CAP那样多，具体和L2CAP的区别还有待补充。
服务发现协议(Service Discovery Protocol, SDP)：SDP是用来发现L2CAP和RFCOMM上面各个端口服务的Profile，客户端可以通过SDP协议，获取服务器侧开放的L2CAP和RFCOMM端口，以及这些端口所绑定的Profile类型，SDP是Bluetooth SIG强制要求实现的协议之一。
2. 蓝牙配置文件
AT命令(AT Commands)：AT命令是用于和基带通信的方法，蓝牙也允许通过AT来使得远程蓝牙设备和本机的基带进行交互，为Bluetooth SIG可选标准。
高级音频分发配置文件(Advanced Audio Distribution Profile, A2DP)：A2DP可用来实现蓝牙耳机媒体音频播放，为Bluetooth SIG可选标准。
免提配置文件(Handset-Free Profile, HFP)：HFP可用来实现蓝牙耳机的通话音频播放，为Bluetooth SIG可选标准。
属性配置文件(Attribute Profile, ATT)：ATT是BLE中使用的Profile，可以通过简单的属性读写和通知来传输数据，无需定义复杂的Profile，为Bluetooth SIG可选标准。
通用属性配置文件(Generic Attribute Profile, GATT)：GATT是对ATT的标准化，定义了Service, Characteristic等概念，为Bluetooth SIG可选标准。
还有一些配置文件是引进的其它协议的，下面举几个例子：
点对点协议(Point-to-Point Protocol, PPP)
TCP/UDP/IP
对象交换协议(Object Exchange Protocol, OBEX)
vCard/vCal
人机界面设备(Human Interface Device, HID)
二、蓝牙状态
1. 蓝牙状态定义
蓝牙连接：两个蓝牙设备建立了非加密的蓝牙物理连接，但不对传输的机密性做任何保证
蓝牙配对：在建立了非加密连接后，两个蓝牙设备通过配对方法生成了链路加密密钥，从而建立了加密连接。在连接结束后，链路加密密钥会被丢弃，所以对于每一次加密传输，都需要重新配对
蓝牙绑定：在建立了加密连接后，两个蓝牙设备通过密钥分发过程生成了身份解析密钥(Identity Resolving Key, IRK)，并将IRK缓存起来。在连接结束后IRK不会被丢弃，所以对于下一次加密传输，不需要重新执行配对和绑定。
对于有一些协议，是可以在不进行配对的情况下传输的，例如服务发现协议（SDP），大部分协议都需要首先进行配对才能完成，而对绑定没有特殊的要求，除非某些基于蓝牙的信任关系的协议，会对绑定状态做判断（例如Google Smart Lock或者Windows Dynamic Lock）。
2. 蓝牙连接
蓝牙连接是建立物理链路的过程，双方需要进行扫描、连接请求、特性交换、最大帧长度协商、蓝牙版本协商、连接参数更新和频段更新的过程。在这个过程结束后，两个蓝牙设备就正式建立了连接，但这时候连接是不加密的。
3. 蓝牙配对
在蓝牙非加密连接建立后，可由一方发起配对请求，从而进入蓝牙配对流程，配对流程由安全管理器（Security Manager, SM）完成。第一步是协商配对方法，BR/EDR的配对方法有
BR/EDR Legacy Pairing：蓝牙2.0引入，只保护机密性，不保护完整性
Secure Simple Pairing：蓝牙2.1引入，对Legacy Pairing进行了增强，使用链路密钥（Link Key）加密通信链路
BR/EDR Secure Connections：蓝牙4.1引入，能保护机密性和完整性，使用长期密钥（LTK）加密通信链路
BLE的配对方法有
LE Legacy Pairing：蓝牙4.0引入，和Secure Simple Pairing比较类似，使用短期密钥（STK）加密通信链路
LE Secure Connections：蓝牙4.2引入，将BR/EDR Secure Connections移植到了BLE上，同样使用长期密钥（LTK）加密通信链路
值得注意的是，在蓝牙配对流程的Pairing Request和Pairing Response报文中，只有双方都将其中的Secure Connections（SC）标志位设置为1的时候，最终才会使用Secure Connections，否则就会回退到旧版配对机制。由于蓝牙4.0的设备大量存在，所以目前针对Secure Connections的降级攻击是较常见的一个威胁。
4. 蓝牙绑定
在蓝牙配对流程的Pairing Request和Pairing Response报文中，可以设置Bonding Flags（BF）标志位为01，这样双方就会存储上述用于加密链路的密钥（Link Key, STK, LTK）并通过密钥分发生成IRK以备未来使用。
生成IRK就意味着在双方之间创建了永久安全性，直到用户取消绑定删除IRK为止。显然必须要在配对之后才能执行绑定。
三、Linux蓝牙实现——BlueZ
四、Android蓝牙实现——BlueDroid
五、iOS蓝牙实现——CoreBluetooth
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