19 Кві, 2023

Bluetooth з низьким енергоспоживанням (BLE): всебічний огляд

Penetration Testing as a service (PTaaS)

Tests security measures and simulates attacks to identify weaknesses.

Огляд для BLE 

Bluetooth Low Energy (BLE) - це технологія бездротового зв'язку, розроблена для малопотужних пристроїв, яким потрібно зв'язок на короткі відстані з мінімальним споживанням заряду батареї. Це підмножина стандарту Bluetooth, яке було представлено разом з Bluetooth 4.0 в 2010 році. BLE стала популярною технологією для широкого спектру застосувань, включаючи портативні пристрої, медичні прилади, промислову автоматизацію та автоматизацію будинку. 

Одним з головних переваг BLE є його низьке енергоспоживання, що робить його ідеальним для використання в невеликих пристроях з низьким енергоспоживанням, яким потрібен тривалий час автономної роботи. BLE використовує архітектуру master /slave, де центральне пристрій (master) взаємодіє з одним або декількома периферійними пристроями (slave). Ведучий ініціює зв'язок з підлеглими пристроями і управляє з'єднанням. BLE також підтримує широкомовну передачу, при якій пристрій може відправляти дані на всі довколишні пристрою без встановлення з'єднання. 

BLE працює в промисловому, науковому і медичному діапазоні 2,4 ГГц (ISM) і має радіус дії близько 10 метрів. Він використовує технологію розширеного спектра з перебудовою частоти (FHSS), щоб уникнути перешкод від інших бездротових пристроїв, що працюють в тій же смузі частот. Стек протоколів, використовуваний BLE, аналогічний класичному Bluetooth, складається з фізичного рівня (PHY), канального рівня (LL), інтерфейсу хост-контроллера (HCI) і профілю універсального атрибута (GATT). 

BLE широко використовується при розробці пристроїв Інтернету речей, які потребують низького енергоспоживання і бездротового зв'язку малої дальності. Це стало найважливішою технологією в області переносних пристроїв, таких як фітнес-трекери і розумні годинник. Медичні пристрої, такі як глюкометри пульсометры, також використовують BLE для забезпечення бездротового зв'язку зі смартфонами і іншими пристроями. 

Історія створення BLE   

Історію Bluetooth Low Energy (BLE) можна простежити з 2001 року, коли Ericsson представила Bluetooth 1.2, який включав підтримку режиму низького енергоспоживання. Однак BLE почав набувати форму тільки в 2006 році, коли Nokia представила технологію Wibree. Wibree являла собою технологію бездротового зв'язку ближнього дії, яка використовувала мале енергоспоживання і була розроблена для роботи аналогічно Bluetooth. 

У 2007 році Nokia і кілька інших компаній запропонували Wibree Спеціальній групі інтересів Bluetooth (SIG), яка контролює розробку стандарту Bluetooth. Пропозицію було прийнято, і почалася робота з розробки нової специфікації для Bluetooth з низьким енергоспоживанням. 

У 2009 році Bluetooth SIG оголосила про розробку Bluetooth 4.0, яка включала підтримку пристроїв з низьким енергоспоживанням. Нова специфікація була розроблена для забезпечення бездротового зв'язку з низьким енергоспоживанням для пристроїв, яким потрібен тривалий час автономної роботи, таких як фітнес-трекери і медичні пристрої. 

Перші пристрої, що використовують BLE, були представлені в 2010 році, з випуском iPhone 4 і iPad. Ці пристрої включали підтримку BLE, що дозволяло їм взаємодіяти з малопотужними пристроями, такими як монітори серцевого ритму і фітнес-трекери. 

У 2011 році компанія Bluetooth SIG оголосила про впровадження фірмового стилю Bluetooth Smart для пристроїв BLE. Брендинг був розроблений для того, щоб допомогти споживачам зрозуміти різницю між традиційним Bluetooth та Bluetooth з низьким енергоспоживанням. 

З тих пір BLE стала широко розповсюдженою технологією бездротового зв'язку з низьким енергоспоживанням, і в даний час багато пристрою використовують цю технологію. У 2014 році Bluetooth SIG оголосила про випуск Bluetooth 4.2, який включав в себе кілька поліпшень BLE, таких як підвищена безпека і покращена швидкість передачі даних. 

У 2016 році Bluetooth SIG випустила Bluetooth-5, який включав додаткові удосконалення BLE. До них ставилися більший радіус дії, більш висока швидкість передачі даних і підтримка широкомовних повідомлень. 

Сьогодні BLE використовується в широкому спектрі додатків, включаючи портативні пристрої, медичні прилади, промислову автоматизацію та автоматизацію будинку. Низьке енергоспоживання і невеликі габарити роблять його ідеальним вибором для пристроїв Інтернету речей, яким потрібно бездротове з'єднання з мінімальним енергоспоживанням. Оскільки технологія продовжує розвиватися, BLE, ймовірно, буде грати все більш важливу роль у розробці нових пристроїв і додатків Інтернету речей. 

Ключові особливості BLE 

Bluetooth Low Energy (BLE) - це технологія бездротового зв'язку, призначена для пристроїв з низьким енергоспоживанням, яким потрібно зв'язок на короткі відстані з мінімальним споживанням заряду батареї. Ось деякі з ключових особливостей BLE: 

• Низьке енергоспоживання: BLE спроектований таким чином, щоб бути надзвичайно енергоефективним, дозволяючи пристроїв тривалий час працювати від невеликих батарейок або навіть джерел збору енергії. 

• Зв'язок на короткі відстані: BLE працює на невеликій відстані, зазвичай до 10 метрів, що робить його ідеальним для зв'язку між сусідніми пристроями. 

• Швидке підключення і передача даних: Пристрої BLE можуть швидко підключатися і передавати дані на високих швидкостях, що робить їх придатними для використання в додатках реального часу. 

• Безпека: BLE надає ряд функцій захисту, включаючи шифрування і аутентифікації, для забезпечення безпеки даних, що передаються між пристроями. 

• Функціональна сумісність: BLE - це стандартний протокол, який підтримується широким спектром пристроїв, що спрощує взаємодію різних пристроїв один з одним. 

• Економічно ефективний: Вимоги BLE до низькому енергоспоживанню означають, що впровадження пристроїв з обмеженою обчислювальною потужністю і пам'яттю є економічно ефективним. 

• Простий стек протоколів: Стек протоколів, використовуваний BLE, відносно простий і складається з Фізичного рівня (PHY), Канального рівня (LL), інтерфейсу хост-контроллера (HCI) і профілю універсального атрибута (GATT). 

BLE - це ідеальна комунікаційна технологія для широкого спектру малопотужних пристроїв Інтернету речей, включаючи портативні пристрої, медичні прилади, промислову автоматизацію та автоматизацію будинку. Його низьке енергоспоживання, швидке підключення і передача даних, а також надійні функції безпеки роблять його популярним вибором для додатків Інтернету речей. 

Архітектура BLE 

Архітектура Bluetooth Low Energy (BLE) складається з трьох основних рівнів: рівня контролера, рівня хоста і рівня додатки. 

• Рівень контролера: Цей рівень відповідає за обробку фізичного рівня (PHY) і канального рівня (LL) BLE. PHY відповідає за передачу і прийом даних по радіохвилях, в той час як LL управляє зв'язком між пристроями, включаючи встановлення з'єднань і управління пакетами даних. Рівень контролера реалізований апаратно і відповідає за управління низькорівневими функціями BLE. 

• Рівень хоста: Цей рівень відповідає за обробку високорівневих функцій BLE. Рівень хоста включає в себе інтерфейс хост-контроллера (HCI) і протокол управління та адаптації канального рівня (L2CAP). HCI - це інтерфейс, який дозволяє хосту взаємодіяти з контролером, в той час як L2CAP надає набір сервісів для обміну даними між пристроями. 

• Прикладний Рівень: Цей рівень відповідає за реалізацію специфічної функціональності додатка поверх рівнів BLE більш низького рівня. Прикладний рівень включає в себе профіль універсального атрибута (GATT), який визначає ієрархічну структуру даних для організації обміну даними між пристроями. GATT включає в себе два основних компоненти: Протокол атрибутів (ATT) і Протокол доступу до атрибутів (AAP). ATT відповідає за визначення формату даних, в той час як AAP надає набір процедур для доступу до даних і маніпулювання ними. 

Архітектура BLE спроектована так, щоб бути модульної та гнучкої, дозволяючи розробникам впроваджувати власні програми поверх стандартизованих рівнів нижнього рівня. Це робить його популярним вибором для широкого спектру додатків Інтернету речей, включаючи портативні пристрої, медичні прилади та пристрої "розумного будинку". 

Як функціонує BLE? 

Bluetooth Low Energy (BLE) працює з використанням архітектури master-slave, де один пристрій виступає в якості ведучого і ініціює зв'язок, у той час як інший пристрій виступає в якості веденого і відповідає на запити ведучого. Ось як функціонує BLE: 

Сканування: Головне пристрій сканує довколишні пристрою BLE і збирає їх рекламні пакети. Рекламні пакети містять інформацію про підпорядкованому пристрої, таку як його назва, пропоновані послуги унікальний ідентифікатор. 

З'єднання: Головне пристрій ініціює запит на підключення до веденого пристрою, використовуючи інформацію, зібрану з рекламного пакету. Ведений пристрій відповідає на запит, і між двома пристроями встановлюється з'єднання. 

Виявлення служби: Після встановлення з'єднання головне пристрій запитує список послуг, запропонованих підлеглим пристроєм. Ведений пристрій відповідає списком служб та їх унікальними ідентифікаторами. 

Характерне Відкриття: Як тільки головний пристрій визначить послуги, пропоновані підлеглим пристроєм, воно може запросити список характеристик для кожної послуги. Характеристика - це певний фрагмент даних, пов'язаний з послугою, такий як температура або частота серцевих скорочень. 

Передача даних: Після того, як характеристики були виявлені, головне пристрій може зчитувати або записувати дані на ведене пристрій. Наприклад, якщо характеристикою є датчик температури, провідне пристрій може запросити поточну температуру в веденого пристрою. 

Роз'єднання: Коли обмін даними завершено, або провідне, або ведений пристрій може розірвати з'єднання. 

Протягом усього процесу зв'язку BLE використовує різні методи енергозбереження, щоб мінімізувати споживання енергії. Наприклад, пристрої можуть переходити в сплячий режим з низьким енергоспоживанням, коли вони не використовуються, і періодично прокидатися, щоб перевірити наявність вхідного повідомлення. Це дозволяє пристроям тривалий час працювати від невеликих батарей, що робить їх ідеальними для використання в пристроях Інтернету речей. 

Як використовувати цей протокол? 

Щоб використовувати протокол Bluetooth Low Energy (BLE), вам необхідно виконати наступні основні кроки: 

1. Виберіть своє обладнання: Щоб використовувати BLE, вам необхідно обладнання, що підтримує цей протокол. Це може бути мікроконтролер з підтримкою BLE, модуль BLE або автономне пристрій BLE. Вам також знадобиться плата розробки або комплект для підключення обладнання до комп'ютера. 

2. Налаштуйте своє середовище розробки: Для написання коду вам знадобиться інтегрована середовище розробки (IDE), така як Eclipse або Visual Studio. Вам також необхідно буде встановити відповідні програмні бібліотеки і драйвери для вашого обладнання. 

3. Напишіть свій код: Щоб використовувати BLE, вам необхідно написати код, який реалізує протокол BLE. Це включає в себе налаштування рівня контролера, рівня хоста і рівня додатки. Вам потрібно буде визначити послуги та характеристики, які буде пропонувати ваше пристрій, та написати код для обробки вхідних і вихідних даних. 

4. Протестуйте свій код: Після того як ви написали свій код, вам потрібно протестувати його, щоб переконатися, що він працює належним чином. Ви можете використовувати додаток BLE scanner на своєму смартфоні або комп'ютері для сканування прилеглих пристроїв BLE і перевірки, виявлено ваш пристрій. 

5. Розкрийте свій код: Як тільки ваш код буде протестований і запрацює належним чином, ви зможете розгорнути його на своєму обладнанні. Потім ви можете використовувати пристрій в бажаному додатку, такому як фітнес-трекер або пристрій "розумний будинок". 

Використання протоколу BLE вимагає поєднання апаратного, програмного забезпечення і навичок кодування. Однак в Інтернеті є безліч ресурсів, які допоможуть вам розпочати роботу, включаючи навчальні посібники, форуми і документацію. 

Проблеми безпеки та їх усунення 

Протокол Bluetooth Low Energy (BLE) призначений для забезпечення бездротового зв'язку між пристроями з низьким енергоспоживанням, але він також створює проблеми безпеки. Ось деякі поширені проблеми безпеки з BLE та їх усунення: 

Підслуховування: Передачі BLE можуть бути перехоплені і записані зловмисниками, що дозволяє їм отримати доступ до конфіденційних даних, що передаються між пристроями.Щоб запобігти підслуховування, дані, що передаються по BLE, повинні бути зашифровані з використанням надійних алгоритмів шифрування, таких як AES-128 або AES-256. 

Атаки типу "Людина посередині" (MITM): Зловмисники можуть перехопити повідомлення BLE і змінювати передавані дані, що призводить до несанкціонованого доступу або модифікації даних. Щоб запобігти MITM-атаки, пристрої повинні аутентифікувати один одного перед встановленням з'єднання. Цього можна досягти за допомогою безпечної простого сполучення (SSP) або числового порівняння. 

Атаки типу "відмова в обслуговуванні" (DoS): Зловмисники можуть відправляти великі обсяги даних або безперервні запити на підключення до пристрою BLE, в результаті чого воно виходить з ладу або перестає відповідати. Пристрої BLE повинні бути сконструйовані таким чином, щоб виявляти і запобігати DoS-атаки. Цього можна досягнути за допомогою таких методів, як обмеження швидкості, фільтрація трафіку. 

Шкідлива прошивка: Зловмисники можуть встановлювати шкідливе пз на пристрої BLE, що дозволяє їм отримати несанкціонований доступ або контроль над пристроєм. Пристрої BLE повинні використовувати механізми безпечної завантаження, щоб гарантувати установку тільки для авторизованих вбудованого програмного забезпечення. Оновлення вбудованого ПЗ також повинні доставлятися надійно і підписуватися цифровими підписами. 

Уразливості з'єднання по Bluetooth: Сполучені уразливості можуть дозволити зловмисникам обійти заходи безпеки і отримати доступ до пристрою. Пристрої BLE повинні використовувати новітні методи сполучення, такі як захищені з'єднання файлів або числове порівняння. Крім того, користувачам слід уникати підключення до ненадійних пристроїв або використання загальнодоступних пристроїв Bluetooth. 

Захист пристроїв BLE вимагає поєднання апаратних і програмних заходів безпеки. Пристрої BLE повинні бути сконструйовані таким чином, щоб запобігати несанкціонованому доступу, шифрувати передані дані і перевіряти справжність пристроїв перед встановленням з'єднання. Регулярні оновлення вбудованого програмного забезпечення та тестування безпеки також можуть допомогти виявити і усунути уразливості. 

Книги та посилання 

Ось кілька книг і посилань, які можуть бути корисні для отримання додаткової інформації про Bluetooth Low Energy (BLE).: 

"Bluetooth з низьким енергоспоживанням: Керівництво розробника" автор: Робін Хейдон – Ця книга являє собою всебічне введення в технологію BLE, включаючи стек протоколів, профіль GATT та розроблення програм з використанням Bluetooth 4.0 і 5.0. 

"Початок роботи з Bluetooth з низьким енергоспоживанням: інструменти і методи для мереж з низьким енергоспоживанням" Кевін Таунсенд, Карлес Куфи, Акиба і Роберт Девідсон – У цій книзі розглядаються основи BLE, включаючи архітектуру, стек протоколів і профілі. У ньому також наводяться практичні приклади того, як розробляти програми BLE. 

"Основи Bluetooth для програмістів" Альберт С. Хуанг – Ця книга являє собою практичний посібник з розробки додатків з підтримкою Bluetooth, включаючи BLE. Він охоплює стек протоколів Bluetooth, профілі та функції безпеки. 

Ці ресурси можуть допомогти вам дізнатися більше про BLE і надати практичні рекомендації з розробки додатків з підтримкою BLE. 

Інші Послуги

Готові до безпеки?

зв'язатися з нами