Blåtand | |
---|---|
Nivå (enligt OSI-modellen ) | Fysisk |
Syftet med protokollet | Energieffektiv trådlös kommunikation av enheter upp till 100 m (från version 5.0 till 1500 m) |
Specifikation | IEEE 802.15.1 |
Utvecklaren | Bluetooth SIG |
Mediefiler på Wikimedia Commons [1] |
Bluetooth (från orden från engelskan blue - blue och tooth - tooth; uttalas /bluːtuːθ/ ), bluetooth [2] [3] - produktionsspecifikation för trådlösa personliga nätverk ( Wireless personal area network, WPAN ). Bluetooth tillåter utbyte av information mellan enheter som persondatorer (stationära datorer, fickor, bärbara datorer ), mobiltelefoner , surfplattor , skrivare , digitalkameror , möss , tangentbord , joysticks , hörlurar , headset och högtalare på en pålitlig, gratis, allestädes närvarande radio frekvens för kortdistanskommunikation. Bluetooth tillåter dessa enheter att kommunicera när de befinner sig inom en radie av cirka 100 m från varandra i äldre versioner av protokollet och upp till 1500 m från Bluetooth version 5 [4] . Räckvidden är starkt beroende av hinder och störningar, även i samma rum.
Ordet Bluetooth är en engelsk anpassning av det danska ordet "Blåtand" ("Blåtandad"). Så en gång smeknamnet vikingakungen Harald I , som levde i Danmark för ungefär tusen år sedan. Den här kungen fick sitt smeknamn för den mörka framtanden. Harald I styrde Danmark och en del av Norge på 900-talet och förenade de krigförande danska stammarna till ett enda kungarike. Det är underförstått att Bluetooth gör samma sak med kommunikationsprotokoll, och kombinerar dem till en universell standard [5] [6] [7] . Även om "blå" betyder "blå" på moderna skandinaviska språk, kan det också betyda "svart i färgen" på vikingatiden. Det vore alltså historiskt korrekt att översätta danska Harald Blåtand till Harald Blacktooth snarare än till Harald Blåtand .
I den ryska texten rekommenderar Gramota.ru- portalen att skriva "Bluetooth", men anser också att "bluetooth" är acceptabelt [8] .
Bluetooth-logotypen är en kombination av två nordiska ("skandinaviska") runor : Hagalaz från den yngre Futhark ( ᚼ) och Berkana ( ᛒ ), vars ljudvärden motsvarar initialerna för Harald I Blåtandad - h och b ( Dan . Harald Blåtand, Norrmannen Harald Blåtann). Logotypen liknar den äldre logotypen för Beauknit Textiles, en division av Beauknit Corporation. Den använder en sammansmältning av reflekterat K och B för "Beauknit" och är bredare och har rundade hörn, men är i princip densamma.
Bluetooth lanserades av tillverkaren av telekommunikationsutrustning Ericsson 1994 som ett trådlöst alternativ till RS-232- kablar . Till en början anpassades denna teknik till FLYWAY-systemets behov i ett funktionellt gränssnitt mellan resenärer och systemet.
Bluetooth-specifikationen utvecklades av Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG) [9] [10] , som grundades 1998 . Det inkluderar Ericsson , IBM , Intel , Toshiba och Nokia . Därefter nådde Bluetooth SIG och IEEE en överenskommelse som gjorde Bluetooth-specifikationen till en del av IEEE 802.15.1-standarden (publicerad den 14 juni 2002 ).
Klass [11] | Maximal effekt, mW | Maximal effekt, dBm | Räckvidd, m |
---|---|---|---|
ett | 100 | tjugo | 100 |
2 | 2.5 | fyra | tio |
3 | ett | 0 | mindre än 10 |
Funktionsprincipen bygger på användningen av radiovågor . Bluetooth radiokommunikation utförs i ISM-bandet ( Eng. Industry, Science and Medicine ), som används i olika hushållsapparater och trådlösa nätverk . Bluetooth-frekvenser: 2,402-2,48GHz. [12] [13] . Bluetooth använder frekvenshoppningsspektrumspridning [14] ( Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS ) . FHSS-metoden är lätt att implementera, ger motstånd mot bredbandsstörningar och utrustningen är billig.
Enligt FHSS-algoritmen, i Bluetooth hoppar signalens bärfrekvens 1600 gånger per sekund [10] (totalt är 79 driftsfrekvenser 1 MHz breda allokerade, och i Japan , Frankrike och Spanien är bandet redan 23 frekvenskanaler) . Växlingssekvensen mellan frekvenser för varje anslutning är pseudo-slumpmässig och är känd endast för sändaren och mottagaren, som var 625 :e µs (en tidslucka) synkroniseras från en bärvågsfrekvens till en annan. Således, om flera par mottagare-sändare arbetar sida vid sida, stör de inte varandra. Denna algoritm är också en integrerad del av det överförda informationskonfidentialitetsskyddssystemet: övergången sker enligt en pseudo-slumpmässig algoritm och bestäms separat för varje anslutning. Vid sändning av digitala data och ljud (64 kbps i båda riktningarna) används olika kodningsscheman: ljudsignalen upprepas inte (som regel), och digitala data kommer att återsändas om informationspaketet går förlorat.
Bluetooth-protokollet stöder inte bara en punkt-till-punkt-anslutning, utan också en punkt-till-multipunkt-anslutning [10] .
Enhetsversionerna 1.0 (1998) och 1.0B hade dålig kompatibilitet mellan produkter från olika tillverkare. I versionerna 1.0 och 1.0B var det obligatoriskt att skicka enhetsadressen (BD_ADDR) vid upprättandet av en anslutning, vilket gjorde det omöjligt att implementera anonymiteten för anslutningen på protokollnivå och var den största nackdelen med denna specifikation.
Bluetooth 1.1Bluetooth 1.1 fixade många buggar som hittades i version 1.0B, lade till stöd för okrypterade kanaler, indikering av mottagen signalstyrka ( RSSI ).
Bluetooth 1.2Huvudsakliga förbättringar:
Bluetooth version 2.0 släpptes den 10 november 2004. Den är bakåtkompatibel med tidigare versioner 1.x. Den främsta innovationen var stödet för Enhanced Data Rate (EDR) för att påskynda dataöverföringen. Den nominella hastigheten för EDR är cirka 3 Mbps, men i praktiken gjorde detta det möjligt att öka dataöverföringshastigheten endast upp till 2,1 Mbps. Ytterligare prestanda uppnås med hjälp av olika radiotekniker för dataöverföring [16] .
Standarddatahastigheten (grundläggande) använder GFSK- modulering av radiosignalen vid en överföringshastighet på 1 Mbps. EDR använder en blandning av GFSK- och PSK-moduleringar med två alternativ, π/4-DQPSK och 8DPSK. De har högre dataöverföringshastigheter via luften - 2 respektive 3 Mbps [17] .
Bluetooth SIG publicerade specifikationen som "Bluetooth 2.0 Technology + EDR", vilket innebär att EDR är en valfri funktion. Förutom EDR finns det andra mindre förbättringar av 2.0-specifikationen, och produkter kan överensstämma med "Bluetooth 2.0 Technology" utan att stödja högre datahastigheter. Minst en kommersiell enhet, HTC TyTN Pocket PC, använder "Bluetooth 2.0 utan EDR" i sina tekniska specifikationer [18] .
Enligt 2.0 + EDR-specifikationen har EDR följande fördelar:
2007 Tillagd teknik för avancerad begäran om enhetsegenskaper (för ytterligare filtrering av listan vid parning), energibesparande teknik Sniff Subrating , som gör att du kan öka enhetens varaktighet från en enda batteriladdning med 3-10 gånger. Dessutom förenklar och påskyndar den uppdaterade specifikationen avsevärt etableringen av kommunikation mellan två enheter, tillåter uppdatering av krypteringsnyckeln utan att bryta anslutningen och gör även dessa anslutningar säkrare genom användning av Near Field Communication -teknik .
Bluetooth 2.1 + EDRI augusti 2008 introducerade Bluetooth SIG version 2.1+EDR. Den nya utgåvan av Bluetooth minskar strömförbrukningen med fem gånger, förbättrar dataskyddet och gör det lättare att känna igen och para ihop Bluetooth-enheter genom att minska antalet steg som det tar.
3.0 +HS [17] antogs av Bluetooth SIG den 21 april 2009. Den stöder teoretiska dataöverföringshastigheter upp till 24 Mbps. Dess huvudsakliga funktion är tillägget av AMP (Alternate MAC/PHY), ett tillägg till 802.11 som ett höghastighetsmeddelande. Två tekniker har tillhandahållits för AMP: 802.11 och UWB, men UWB finns inte i specifikationen [19] .
Moduler med stöd för den nya specifikationen kombinerar två radiosystem: det första ger dataöverföring med 3 Mbps (standard för Bluetooth 2.0) och har låg strömförbrukning; den andra är kompatibel med 802.11-standarden och ger möjlighet att överföra data i hastigheter upp till 24 Mbps (jämförbar med hastigheten för Wi-Fi-nätverk ). Valet av radiosystem för dataöverföring beror på storleken på den överförda filen. Små filer överförs via en långsam länk och stora filer över en höghastighetslänk. Bluetooth 3.0 använder den mer allmänna 802.11-standarden (inget suffix), vilket betyder att den inte är kompatibel med Wi-Fi-specifikationer som 802.11b/g/n.
Den 30 juni 2010 godkände Bluetooth SIG Bluetooth 4.0-specifikationen. Inkluderar protokoll:
Höghastighets-Bluetooth bygger på Wi-Fi, medan klassisk Bluetooth består av protokoll från tidigare Bluetooth-specifikationer.
Bluetooth-systemets frekvenser (effekt inte mer än 0,0025 W).
Frekvensband: 2 402 000 000 - 2 480 000 000 Hz (2,402 - 2,48 GHz)
Bluetooth-lågenergiprotokollet är främst avsett för elektroniska miniatyrsensorer (används i sportskor, träningsutrustning, miniatyrsensorer placerade på patientens kropp, etc.). Låg strömförbrukning uppnås genom användning av en speciell operationsalgoritm. Sändaren slås på endast under tiden för sändning av data, vilket säkerställer möjligheten till drift från ett CR2032- batteri under flera år [13] . Standarden ger en dataöverföringshastighet på 1 Mbps med en datapaketstorlek på 8-27 byte. Den nya versionen kommer att tillåta två Bluetooth-enheter att upprätta en anslutning på mindre än 5 ms och bibehålla den på ett avstånd på upp till 100 m. För detta används avancerad felkorrigering och den erforderliga säkerhetsnivån tillhandahålls av 128-bitars AES-kryptering.
Sensorer för temperatur, tryck, luftfuktighet, rörelsehastighet etc. baserade på denna standard kan överföra information till olika styrenheter: mobiltelefoner, handdatorer, datorer osv.
Det första chippet som stöder Bluetooth 3.0 och Bluetooth 4.0 släpptes av ST-Ericsson i slutet av 2009.
I slutet av 2013 introducerade Bluetooth Special Interest Group (SIG) Bluetooth 4.1-specifikationen. En av förbättringarna som implementerats i Bluetooth 4.1-specifikationen relaterar till samarbetet mellan Bluetooth och fjärde generationens LTE -mobilkommunikation . Standarden ger skydd mot ömsesidig störning genom att automatiskt koordinera överföringen av datapaket.
Den 3 december 2014 släppte Bluetooth Special Interest Group (SIG) Bluetooth 4.2- specifikationen [20] . De viktigaste förbättringarna är ökad integritet och ökade dataöverföringshastigheter.
Den 16 juni 2016 introducerade Bluetooth Special Interest Group (SIG) Bluetooth 5.0-specifikationen [21] [22] . Ändringarna påverkade främst lågförbrukningsläget och höghastighetsläget. Räckvidden fyrdubblades, hastigheten fördubblades. Dessutom är Bluetooth 5.0-versionen helt kompatibel med tidigare Bluetooth-versioner.
Det fanns seriösa kvalitativa uppdateringar i den här typen av protokoll, vilket gjorde det möjligt att namnge den nya versionen inte 4.3, utan 5.0. Bluetooth 5.0 är en stor uppdatering av Bluetooth, men den påverkar knappt trådlöst ljud.
Bluetooth 5.1 skiljer sig från tidigare versioner genom att användare har möjlighet att bestämma platsen och riktningen med maximal noggrannhet [23] . Energiförbrukningen har optimerats ännu bättre och tillförlitligheten för Bluetooth Low Energy-anslutningen har ökat.
Specifikationen [24] publicerades av SIG den 6 januari 2020. Nya egenskaper:
Bluetooth SIG publicerade specifikationen [27] för Bluetooth-kärnversion 5.3 den 13 juli 2021. Förbättringarna av Bluetooth 5.3-funktionen är följande:
Följande funktioner har tagits bort i den här versionen av specifikationen:
Bluetooth har en skiktad arkitektur som består av ett kärnprotokoll, protokoll för kabelbyte, protokoll för telefonikontroll och lånade protokoll. De obligatoriska protokollen för alla Bluetooth-stackar är: LMP , L2CAP och SDP. Dessutom använder enheter som kommunicerar med Bluetooth vanligtvis HCI- och RFCOMM-protokollen.
LMP Link Management Protocol - används för att upprätta och hantera en radiolänk mellan två enheter. Implementerad av Bluetooth-kontroller. HCI Värd/kontrollergränssnitt - definierar förhållandet mellan värdstacken (dvs. dator eller mobil enhet) och Bluetooth-styrenheten. L2CAP logical Link Control and Adaptation Protocol - används för att multiplexera lokala anslutningar mellan två enheter som använder olika högre lagerprotokoll. Låter dig fragmentera och bygga om paket. SDP Service Discovery Protocol - låter dig upptäcka tjänster som tillhandahålls av andra enheter och bestämma deras parametrar. RFCOMM Radio Frequency Communications är ett kabelersättningsprotokoll som skapar en virtuell seriell dataström och emulerar RS-232 -styrsignaler . BNEP Bluetooth Network Encapsulation Protocol - används för att överföra data från andra protokollstackar genom L2CAP-kanalen. Används för att överföra IP-paket i profilen för personligt nätverk. AVCTP Audio/Video Control Transport Protocol - används i Audio/Video Remote Control-profilen för att överföra kommandon över L2CAP-kanalen. AVDTP Audio/Video Distribution Transport Protocol - används i Advanced Audio Distribution-profilen för att överföra stereoljud över en L2CAP-kanal. TCS Telephony Control Protocol - Binärt - Ett protokoll som definierar samtalskontrollsignaler för att upprätta röst- och dataanslutningar mellan Bluetooth-enheter. Används endast i profilen för trådlös telefoni.Lånade protokoll inkluderar: Point-to-Point Protocol ( PPP ), TCP/IP , UDP , Object Exchange Protocol ( OBEX ), Wireless Application Environment (WAE), Wireless Application Protocol (WAP).
En profil är en uppsättning funktioner eller möjligheter som är tillgängliga för en specifik Bluetooth-enhet. För att Bluetooth-enheter ska fungera tillsammans måste de alla stödja en gemensam profil.
Följande profiler är definierade och godkända av Bluetooth SIG [28] :
I juni 2006 publicerade Avishai Wool [29] och Yaniv Shaked en artikel [30] som innehöll en detaljerad beskrivning av attacken mot Bluetooth-enheter. Materialet innehöll en beskrivning av både en aktiv och en passiv attack, vilket gör att du kan få enhetens PIN-kod och sedan ansluta till denna enhet. En passiv attack tillåter en lämpligt utrustad angripare att "avlyssna" (sniffa) anslutningsinitieringsprocessen och därefter använda data som erhålls som ett resultat av avlyssning och analys för att upprätta en anslutning (spoofing). Naturligtvis, för att utföra en sådan attack, måste angriparen vara i närheten och omedelbart när anslutningen upprättas. Detta är inte alltid möjligt. Därför föddes idén om en aktiv attack. Det upptäcktes att ett speciellt meddelande kunde skickas någon gång, vilket gjorde att initieringsprocessen kunde börja med angriparens enhet. Båda hackningsprocedurerna är ganska komplexa och inkluderar flera steg, varav den huvudsakliga är insamlingen av datapaket och deras analys. Attackerna i sig är baserade på sårbarheter i autentiseringsmekanismen och skapandet av en chiffernyckel mellan två enheter.
Initiering av en Bluetooth-anslutning kallas processen att upprätta en anslutning. Det kan delas in i tre steg:
De två första punkterna ingår i det så kallade parningsförfarandet.
Parning (parning), eller parning, är processen att ansluta två (eller flera) enheter för att skapa ett gemensamt hemligt Kinit-värde, som de senare kommer att använda när de kommunicerar. I vissa Bluetooth-översättningar av officiella dokument kan termen "parmatchning" också hittas. Båda sidor måste ange en PIN-kod innan parningsproceduren påbörjas.
Kinit bildas enligt E22-algoritmen, som fungerar med följande värden:
För att skapa en Kab -länknyckel utbyter enheterna 128-bitars ord LK_RAND(A) och LK_RAND(B) slumpmässigt genererade. Detta följs av en bitvis XOR med initieringsnyckeln Kinit och återigen utbytet av det mottagna värdet. Därefter beräknas nyckeln enligt E21-algoritmen.
För detta krävs följande värden:
I det här skedet avslutas ihopparningen och det sista steget av Bluetooth-initiering börjar - ömsesidig autentisering, eller ömsesidig autentisering. Det är baserat på "request-response"-schemat. En av enheterna blir verifierare, genererar ett slumpmässigt värde AU_RAND(A) och skickar det till en närliggande enhet (i klartext) som kallas presentatören. Så snart bäraren tar emot detta "ord" börjar beräkningen av SRES- värdet enligt E1-algoritmen och det skickas till verifieraren. Den angränsande enheten utför en liknande beräkning och kontrollerar bärarens svar. Om SRES matchar, byts enheternas roller och processen upprepas på nytt.
E1-algoritmen fungerar med följande värden:
Om angriparen lyckades lyssna på sändningen, och under parningsproceduren han snappade upp och sparade alla meddelanden, kan du sedan hitta PIN -koden med brute force.
Den första personen som märkte denna sårbarhet var engelsmannen Ollie Whitehouse i april 2004. Han var den första som föreslog att avlyssna meddelanden under parning och försöka beräkna PIN -koden med brute force med hjälp av den mottagna informationen. Metoden har dock en betydande nackdel: en attack kan endast utföras om all autentiseringsdata har avlyssnats. Med andra ord, om angriparen var från luften vid den tidpunkt då parningen började, eller om han missade något värde, kommer han inte att kunna fortsätta attacken.
OmkonjugationsattackWool och Shaked lyckades hitta en lösning på svårigheterna i samband med Whitehouse-attacken. En andra typ av attack utvecklades. Om parningsprocessen redan har startat och data saknas kan attacken inte utföras. Men om enheterna redan har kommunicerat, lagrat Kab-nyckeln och startat ömsesidig autentisering, kan du tvinga enheterna att återstarta ihopparningsprocessen för att utföra parningsattacken som beskrivs ovan.
Denna attack kräver att man skickar rätt meddelanden vid rätt tidpunkt. Kommersiellt tillgängliga standardenheter är inte lämpliga för detta ändamål.
Genom att använda någon av dessa metoder kan en angripare fortsätta med en grundläggande parningsattack. Med dessa två attacker i handen kan alltså en angripare enkelt stjäla en PIN-kod. Vidare, med en PIN-kod, kommer han att kunna upprätta en anslutning med vilken som helst av dessa enheter. Och det är värt att tänka på att i de flesta enheter säkerställs inte säkerheten på nivån för tjänster som är tillgängliga via Bluetooth på rätt nivå. De flesta utvecklare förlitar sig på säkerheten i parkoppling. Därför kan konsekvenserna av angriparens agerande vara olika: från att stjäla telefonens adressbok till att upprätta ett utgående samtal från offrets telefon och använda den som avlyssningsapparat.
Bluetooth-protokollet använder aktivt E22, E21, E1 algoritmer baserade på SAFER + chiffer. Bruce Schneier bekräftade att sårbarheten är kritisk. PIN-gissning fungerar utmärkt i praktiken och kan göras i realtid [31] . Nedan är resultaten som erhållits på en Pentium 4 HT vid 3 GHz:
Längd (tecken) | Tid (sek) |
---|---|
fyra | 0,063 |
5 | 0,75 |
6 | 7,609 |
Specifika implementeringar av ovanstående attacker kan fungera med olika hastigheter. Det finns många sätt att optimera: speciella kompilatorinställningar, olika implementeringar av loopar, villkor och aritmetiska operationer. Avishai Wool och Yaniv Shaked har hittat ett sätt att avsevärt minska tiden det tar att brutalt tvinga en PIN-kod.
Att öka PIN-koden är inget universalmedel. Endast ihopparning av enheter på en säker plats, till exempel ett Bluetooth-headset eller en handsfree-enhet för bil, kan delvis skydda mot de beskrivna attackerna. Initiering av kommunikation (när den är påslagen) med dessa enheter kan ske många gånger under dagen, och användaren har inte alltid möjlighet att vara på en skyddad plats.
Driftsradien för BT2-enheter överstiger inte 16 m, för BT1 - upp till 100 m (klass A). Dessa siffror deklareras av standarden för siktlinje, i verkligheten bör du inte förvänta dig arbete på ett avstånd på mer än 10-20 m. I praktiken är ett sådant avstånd inte tillräckligt för effektiv användning av attacker. Därför, redan innan den detaljerade studien av attackalgoritmer på Defcon-2004, presenterades BlueSniper-gevärsantennen som utvecklats av John Herington för allmänheten. Enheten ansluts till en bärbar enhet - en bärbar dator / PDA och har tillräcklig riktning och kraft (effektiv drift upp till 1,5 km).
Frekvent byte av FHSS-arbetskanalen i ett brett frekvensområde ger en chans till samexistens med andra protokoll. Med införandet av adaptiv AFH har situationen förbättrats något [32] .
Felsökning och kontroll av överensstämmelse med standarden är komplicerad av aktiva grannar i området (till exempel Wi-Fi). Det finns lösningar för att avkoda och spåra alla anslutningar samtidigt över alla 79 Bluetooth-kanaler.
Ordböcker och uppslagsverk | |
---|---|
I bibliografiska kataloger |
|
IEEE- standarder | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Nuvarande |
| ||||||
Serie 802 |
| ||||||
P-serien |
| ||||||
Ersatt | |||||||
|
hemautomation | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Kontrollera | |||||||||
Sensorer | |||||||||
Skådespelare |
| ||||||||
Ansökningar |
| ||||||||
Protokoll |