作为一种近年来兴起的行业类别,可穿戴设备的地位正在不断提高,随着可穿戴科技水平的不断发展,其正在以下方面对行业进行变革:基于个人健康数据信息的分析、嵌入不同功能的传感器的服装与配饰、基于用户自定义手势的人机交互与身份认证。人机交互,是指用户可以通过手势或其他自然动作与计算机等设备进行交互。通过将日常行为动作或不同的手势来取代机器操作。此外,手势操作还可以进一步提升用户体验,在此背景下,本文设计一款基于手势识别的智能手环系统并进行实现,用户可以通过自定义的手势对与手环配对连接的被控设备进行操作控制。蓝牙4.0技术在传统蓝牙的版本下,通过减少广播通道的数量,相比传统蓝牙极大减少了功耗的开销,因此具有极低的功耗的优势,因此手环的无线传输选用蓝牙4.0技术。本文以蓝牙4.0固件为开发背景,对蓝牙4.0协议栈各层进行了深入研究,将智能手环方案在smartRF开发板进行实现。由于蓝牙4.0设备在认证过程中与传统蓝牙相同,都是基于设备的链路层认证,并未将用户认证的思想引入,因此在蓝牙的应用层设计基于用户身份认证的功能与数据传输的加密对蓝牙的安全性的提高有重要意义。本文在智能手环系统下对手环的安全性进行了分析,通过对目前市场上存在的手环产品与本文设计的手环方案的蓝牙4.0数据包的分析,讨论其安全性。同时,本文研究了公钥加密体制,SSL协议,数字签名机制以及安全散列算法。在以上研究的前提下,针对蓝牙设备目前存在的安全问题,在蓝牙4.0协议栈应用层设计了新的安全模型,通过在蓝牙4.0应用层设计与SSL协议相结合的基于ECC算法的双向认证机制,实现用户认证的功能,使蓝牙设备可以通过此安全模型增强其安全性能。最后本文在手环方案中实现了蓝牙4.0应用层安全模型。在增加了用户级别的双向认证机制后,手环安全性得到了较为有效的提高。