認識ESP-NOW協定 Part 1：基本觀念介紹

Posted By 黃東正 on 11 月 28, 2022 in ESP32, ESP8266, 教學文, 無線, 電子學 | 0 comments

作者：黃東正

ESP_NOW是上海樂鑫公司以其ESPxx無線WiFi晶片為基礎所定義的一種無線通信協定，這種通信協定是一種不需要交握(Handshake)的過程，就可以讓多個設備在不使用 WiFi 的情況下相互通信的協定。

該協定類似於2.4GHz低功耗的無線連接，這些設備之間在它們通信之前需要先經過配對的過程，配對完成後，是屬於點對點且安全的連接。這意味著在將設備相互配對後，它們之間的連接是連續且持久的，換句話說如果其中一個ESPxx模組板突然斷電或重置，當它重新啟動時，它會自動連接到它之前配對的對等實體以繼續通信。

在ESP-NOW中，應用程式的資料被封裝成供應廠商指定(Vendor – Specific)式的動作框架(action frame)，它可以在沒有連接的狀態下從一個WiFi裝置傳送到另一個WiFi裝置上去。為了保護這個動作框架的安全性，在其中使用了CCMP (CTR with CBC-MAC) 這種安全通信協定。

ESP-NOW框架格式

ESP-NOW使用所謂的供應廠商指定(Vendor – Specific)式動作框架(action frame)，這個動作框架的格式內容如下，其預設的傳輸速度為 1 Mpbs。

供應廠商指定(Vendor – Specific)動作框架(action frame)格式內容

1.MAC Header：MAC表頭，由於 ESP-NOW 是無連接的，因此 MAC 標頭與標準WiFi框架的標頭略有不同，其中FrameControl 字段的 FromDS 和 ToDS的位元值均為0；接著第一個字段設定為目標地址，第二地址字段設定為來源地址，第三個地址字段設定為廣播地址（即0xff:0xff:0xff:0xff:0xff:0xff）。

2.Category Code：類別代碼，在此設定為表示供應商特定類別的值 (即127)。

3.Organization Identifier：組織識別碼，組織識別碼包含一個唯一代碼，即上海樂鑫申請的 MAC 地址的前三個bytes（0x18fe34）。

4.Random Values：隨機值，主要是用於防止網路的中繼攻擊(Realy Attack)之用。

5.Vendor Specific Content：供應廠商特定內容，其內容如下：

Element ID：元素 ID 字段，設定的值為 (221)，表示供應商特定的元素碼。
Length：長度字段，是組織識別碼、類型、版本和本體總長度的集合。
Organization Identifier：組織識別碼，其意義同前，即由上海樂鑫申請的 MAC地址的前三個bytes（即0x18fe34）。
Type：類型字段，在此設定為代表 ESP-NOW 的值 (4)。
Version：版本字段，即目前 ESP-NOW 的版本。
Body：本體字段，即ESP-NOW真正傳送的數據，最大值為250個位元組。

ESP-NOW安全性

ESP-NOW 使用了 CCMP加密方法，該方法在 IEEE 802.11-2012標準中有詳細的描述，保護供應商特定的操作框架。在Wi-Fi 設備中會維持一個主要主密鑰 (PMK) 和幾個本地主密鑰 (LMK)，PMK 和 LMK 的長度都是 16 bytes。

PMK 用於使用 AES-128 算法加密 LMK。使用esp_now_set_pmk()指令可以設定採用 PMK加密方式。如果未設置 PMK，則默認使用PMK。
配對設備的 LMK 用於使用 CCMP 方法加密供應商特定的操作框架，不同 LMK 的最大數量為六個，如果未設置配對設備的 LMK，則不會加密供應商特定的操作框架。

在ESP-NOW中不支持加密廣播特定供應商的操作框架。