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基于Android系统及混合加密蓝牙远程控制研究

基于Android系统及混合加密蓝牙远程控制研究

摘 要： 近年来搭载Android系统的智能可穿戴设备发展迅速，蓝牙通信技术广泛地应用在智能可穿戴设备中，使其能与手机之间相互通信，实现图片、视频、文件等数据传送功能。研究基于Android系统的蓝牙远程控制功能，通过建立的蓝牙连接，实现智能手表与手机之间的数据传送，为了保障数据的安全性，对传送的数据进行了混合加密。应用程序运行在搭载Android系统的GEAR智能手表和手机上，实现了通过GEAR手表实时预览手机摄像头采集到的图像，并且远程控制手机拍摄照片的功能。

关键词： 远程控制； 蓝牙； Android； 混合加密

中图分类号： TN92?34； TM417 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X(2016)05?0089?04

0 引 言

基于蓝牙的远程控制功能能够使智能可穿戴设备更好地与手机相互配合起来。本文实现的远程控制功能应用于搭载Android系统的三星Gear智能手表与手机之间，通过发送自定义的蓝牙数据结构，实现了对控制信息和数据信息的区分，能够识别控制信息的类型，应用于Gear手表与手机之间，通过相互连接之后，Gear手表能够实时预览手机摄像头获取的数据，并且能够控制手机进行拍照。

然而考虑到安全性问题，蓝牙数据在传送的过程中容易被窃取[1]，这将对用户的隐私造成极大的威胁。因此，对蓝牙数据进行加密也是尤为重要的。通过对加密算法的分析与研究，本文采用了混合加密算法。对于智能可穿戴设备这一类运算能力不是很强的设备，加密速度尤为重要，RC4加密算法在流加密上的优势，能够满足应用的需求，然而其安全性并不是最好，通过截获的数据容易分析出加密的秘钥。因此采用RSA非对称加密算法对RC4秘钥进行再一次的加密，由于秘钥信息比较短，加密算法的复杂度对加密速度的影响比较小，采用RSA安全度高的算法来保证RC4秘钥信息不被直接读取到更加重要[2]。

1 功能模块划分

Android应用程序由四大基本组件Activity，Service 服务，Content Provider内容提供者和BroadcastReceiver 广播接收器组成。四大组件通过相互之间的配合、数据传送，实现了应用程序的功能，完成了用户与系统之间的交互，满足了用户的实际需求[3]。

基于蓝牙的远程控制功能研究是为了使搭载Android系统的智能可穿戴设备与手机之间实现远程控制的功能。本研究要求创建Android应用程序，实现智能手表远程控制手机拍摄照片的功能。深入分析了基于蓝牙的远程控制功能的主要内容，将研究的内容划分为以下3大模块[4]：

(1) 蓝牙通信模块：通过对Android系统蓝牙模块的分析，调用AndroidSDK中的接口函数，实现了设备之间通过蓝牙协议来建立数据的连接，并且实现数据传送的功能[5]。

(2) 远程控制模块：此模块通过定义的数据包头来区分发送数据的类型是数据信息还是控制信息，使得Android设备之间可以通过传送数据信息和控制信息两种信息类型，从而实现了基于蓝牙的远程控制功能。

(3) 数据加密模块：此模块实现了RC4加密算法与RSA加密算法相结合的混合加密算法，应用于基于蓝牙的远程控制功能，保护了数据传送的安全性。在3大模块的基础上，最终设计并实现了一个运行在Android系统上的应用程序。应用程序运行在GEAR手表和Android手机上，实现了手表与手机之间蓝牙连接的建立，完成了通过远程控制来拍摄照片的功能。

2 蓝牙通信模块设计与实现

2.1 蓝牙协议数据传输

完整的蓝牙协议栈根据各协议所处的位置可分三大类，分别是底层协议、中间层协议和高层协议。

蓝牙底层协议实现了传输链路的建立，用于传送蓝牙信息数据流，是蓝牙协议体系的基础。蓝牙底层协议包括蓝牙射频协议(RadioFrequencyProtocol)、链路管理协议(LinkManagerProtocol，LMP)、蓝牙基带协议(BaseBandProtocol)和主机控制器接口协议(HostControllerInterfaceProtocol，HCI)。蓝牙射频协议决定了蓝牙通信的技术特点，使蓝牙工作在免许可的2.4 GHz ISM频段。蓝牙基带协议在蓝牙协议栈中位于蓝牙射频层之上，是设备之间通过蓝牙协议通信的关键程序，定义了微微网的创建过程以及如何通过蓝牙相连接。

蓝牙中间层协议的主要功能是数据帧的分解与重组、组提取、服务质量控制等。中间层协议为上层应用程序提供服务，提供底层协议的接口。

蓝牙高层协议包括对象交换协议(ObjectExchangeProtocol，OBEX)和无线应用协议(Wireles