Bluetooth (от слов англ. blue — синий и tooth — зуб, произносится /bluːtuːθ/ ), блюту́с — производственная спецификация беспроводных персональных сетей ( Wireless personal area network, WPAN ). Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами, как персональные компьютеры (настольные, карманные, ноутбуки ), мобильные телефоны , интернет-планшеты , принтеры , цифровые фотоаппараты , мыши , клавиатуры , джойстики , наушники , гарнитуры и акустические системы на надёжной, бесплатной, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи. Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся друг от друга в радиусе около 100 м в старых версиях протокола и до 150 м начиная с версии Bluetooth 5 . Дальность сильно зависит от преград и помех, даже в одном помещении.

Название

Слово Bluetooth — адаптация на английский язык датского слова «Blåtand» («Синезубый»). Так когда-то прозвали короля викингов Харальда I , жившего в Дании около тысячи лет назад. Прозвище этот король получил за тёмный передний зуб. Харальд I правил в X веке Данией и частью Норвегии и объединил враждовавшие датские племена в единое королевство. Подразумевается, что Bluetooth делает то же самое с протоколами связи, объединяя их в один универсальный стандарт . Хотя «blå» в современных скандинавских языках означает «синий», во времена викингов оно также могло означать «чёрного цвета». Таким образом, исторически правильно было бы перевести датское Harald Blåtand скорее как Harald Blacktooth , чем как Harald Bluetooth .

В русском тексте портал Грамота.ру рекомендует писать «Bluetooth», но также считает допустимым — «блюту́с» .

Логотип Bluetooth является сочетанием двух нордических («скандинавских») рун : Хагалаз младшего футарка ( ᚼ) и Беркана ( ᛒ ), звуковые значения которых соответствуют инициалам Харальда I Синезубого — h и b ( дат. Harald Blåtand, норв. Harald Blåtann). Логотип похож на более старый логотип для Beauknit Textiles, подразделения корпорации Beauknit. В нём используется слияние отраженной K и В для «Beauknit», он шире и имеет скругленные углы, но в общем такой же.

История создания и развития

Работы по созданию Bluetooth начал производитель телекоммуникационного оборудования Ericsson в 1994 году как беспроводную альтернативу кабелям RS-232 . Первоначально эта технология была приспособлена под потребности системы FLYWAY в функциональном интерфейсе между путешественниками и системой.

Спецификация Bluetooth была разработана группой (Bluetooth SIG) , которая была основана в 1998 году . В неё вошли компании Ericsson , IBM , Intel , Toshiba и Nokia . Впоследствии Bluetooth SIG и IEEE достигли соглашения, на основе которого спецификация Bluetooth стала частью стандарта IEEE 802.15.1 (дата опубликования — 14 июня 2002 года ).

Класс	Максимальная мощность, мВт	Максимальная мощность, дБм	Радиус действия, м
1	100	20	100
2	2,5	4	10
3	1	0	менее 10

Принцип действия Bluetooth

Принцип действия основан на использовании радиоволн . Радиосвязь Bluetooth осуществляется в -диапазоне ( англ. Industry, Science and Medicine ), который используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях . Частоты Bluetooth: 2,402-2,48 ГГц. . В Bluetooth применяется метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты ( англ. Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS ). Метод FHSS прост в реализации, обеспечивает устойчивость к широкополосным помехам, а оборудование недорогое.

Согласно алгоритму FHSS, в Bluetooth несущая частота сигнала скачкообразно меняется 1600 раз в секунду (всего выделяется 79 рабочих частот шириной в 1 МГц, а в Японии , Франции и Испании полоса у́же — 23 частотных канала). Последовательность переключения между частотами для каждого соединения является псевдослучайной и известна только передатчику и приёмнику, которые каждые 625 мкс (один временной слот) синхронно перестраиваются с одной несущей частоты на другую. Таким образом, если рядом работают несколько пар приёмник-передатчик, то они не мешают друг другу. Этот алгоритм является также составной частью системы защиты конфиденциальности передаваемой информации: переход происходит по псевдослучайному алгоритму и определяется отдельно для каждого соединения. При передаче цифровых данных и аудиосигнала (64 кбит/с в обоих направлениях) используются различные схемы кодирования: аудиосигнал не повторяется (как правило), а цифровые данные в случае утери пакета информации будут переданы повторно.

Протокол Bluetooth поддерживает не только соединение «point-to-point», но и «point-to-multipoint» .

Версии и спецификации

Bluetooth 1.0

версий 1.0 (1998) и 1.0B имели плохую совместимость между продуктами различных производителей. В версиях 1.0 и 1.0B была обязательной передача адреса устройства (BD_ADDR) на этапе установления связи, что делало невозможной реализацию анонимности соединения на протокольном уровне и было основным недостатком данной спецификации.

Bluetooth 1.1

В Bluetooth 1.1 было исправлено множество ошибок, найденных в версии 1.0B, добавлена поддержка для нешифрованных каналов, индикация уровня мощности принимаемого сигнала ( RSSI ).

Bluetooth 1.2

Главные улучшения:

• Быстрое подключение и обнаружение.
• Адаптивная перестройка частоты с расширенным спектром (AFH), которая повышает стойкость к радиопомехам.
• Более высокие, чем в версии 1.1, скорости передачи данных, практически до 1 Мбит/с.
• Расширенные синхронные подключения (eSCO), которые улучшают качество передачи голоса в аудиопотоке, позволяя повторно передавать повреждённые пакеты, и при необходимости могут увеличить задержку аудио для лучшей поддержки параллельной передачи данных.
• В Host Controller Interface (HCI) добавлена поддержка трёхпроводного интерфейса UART.
• Утверждён как стандарт IEEE Standard 802.15.1-2005 .
• Введены режимы управления потоком данных (Flow Control) и повторной передачи (Retransmission Modes) для L2CAP.

Bluetooth 2.0 + EDR

Bluetooth версии 2.0 был выпущен 10 ноября 2004 г. Имеет обратную совместимость с предыдущими версиями 1.x. Основным нововведением стала поддержка Enhanced Data Rate (EDR) для ускорения передачи данных. Номинальная скорость EDR — около 3 Мбит/с, однако на практике это позволило повысить скорость передачи данных только до 2,1 Мбит/с. Дополнительная производительность достигается с помощью различных радиотехнологий передачи данных .

Стандартная (базовая) скорость передачи данных использует GFSK -модуляцию радиосигнала при скорости передачи 1 Мбит/с. EDR использует сочетание модуляций GFSK и PSK с двумя вариантами, π/4-DQPSK и 8DPSK. Они имеют бо́льшие скорости передачи данных по воздуху — 2 и 3 Мбит/с соответственно .

Bluetooth SIG издала спецификацию как «Технология Bluetooth 2.0 + EDR», которая подразумевает, что EDR является дополнительной функцией. Кроме EDR есть и другие незначительные усовершенствования к спецификации 2.0, и продукты могут соответствовать «Технологии Bluetooth 2.0», не поддерживая более высокую скорость передачи данных. По крайней мере одно коммерческое устройство — HTC TyTN Pocket PC — использует «Bluetooth 2.0 без EDR» в своих технических спецификациях .

Согласно спецификации 2.0 + EDR, у EDR имеются следующие преимущества:

• В некоторых случаях увеличение скорости передачи в три раза (2,1 Мбит/с).
• Уменьшение сложности нескольких одновременных подключений из-за дополнительной полосы пропускания.
• Снижение потребления энергии благодаря уменьшению нагрузки.

Bluetooth 2.1

2007 год. Добавлена технология расширенного запроса характеристик устройства (для дополнительной фильтрации списка при сопряжении), энергосберегающая технология , которая позволяет увеличить продолжительность работы устройства от одного заряда аккумулятора в 3—10 раз. Кроме того, обновлённая спецификация существенно упрощает и ускоряет установление связи между двумя устройствами, позволяет производить обновление ключа шифрования без разрыва соединения, а также делает указанные соединения более защищёнными благодаря использованию технологии Near Field Communication . ^{[ прояснить ]}

Bluetooth 2.1 + EDR

В августе 2008 года Bluetooth SIG представила версию 2.1 + EDR. Новая редакция Bluetooth снижает потребление энергии в пять раз, повышает уровень защиты данных и облегчает распознавание и соединение Bluetooth-устройств благодаря уменьшению количества шагов, за которые оно выполняется.

Bluetooth 3.0 + HS

+ HS была принята Bluetooth SIG 21 апреля 2009 года. Она поддерживает теоретическую скорость передачи данных до 24 Мбит/с. Её основной особенностью является добавление AMP (Alternate MAC/PHY), дополнение к 802.11 как высокоскоростное сообщение. Для AMP были предусмотрены две технологии: 802.11 и UWB, но UWB отсутствует в спецификации .

Модули с поддержкой новой спецификации соединяют в себе две радиосистемы: первая обеспечивает передачу данных в 3 Мбит/с (стандартная для Bluetooth 2.0) и имеет низкое энергопотребление; вторая совместима со стандартом 802.11 и обеспечивает возможность передачи данных со скоростью до 24 Мбит/с (сравнима со скоростью сетей Wi-Fi ). Выбор радиосистемы для передачи данных зависит от размера передаваемого файла. Небольшие файлы передаются по медленному каналу, а большие — по высокоскоростному. Bluetooth 3.0 использует более общий стандарт 802.11 (без суффикса), то есть несовместим с такими спецификациями Wi-Fi, как 802.11b/g/n.

Bluetooth 4.0

30 июня 2010 года Bluetooth SIG утвердил спецификацию Bluetooth 4.0. Включает в себя протоколы:

• Классический Bluetooth,
• Высокоскоростной Bluetooth
• Bluetooth с низким энергопотреблением.

Высокоскоростной Bluetooth основан на Wi-Fi, а классический Bluetooth состоит из протоколов предыдущих спецификаций Bluetooth.

Частоты работы системы Bluetooth (мощность не более 0,0025 Вт).

Полоса частот: 2 402 000 000 — 2 480 000 000 Гц (2,402 — 2,48 ГГц)

Протокол Bluetooth с низким энергопотреблением предназначен, прежде всего, для миниатюрных электронных датчиков (использующихся в спортивной обуви, тренажёрах, миниатюрных сенсорах, размещаемых на теле пациентов и т. д.). Низкое энергопотребление достигается за счёт использования особого алгоритма работы. Передатчик включается только на время отправки данных, что обеспечивает возможность работы от одной батарейки типа CR2032 в течение нескольких лет . Стандарт предоставляет скорость передачи данных 1 Мбит/с при размере пакета данных 8—27 байт. В новой версии два Bluetooth-устройства смогут устанавливать соединение менее чем за 5 мс и поддерживать его на расстоянии до 100 м. Для этого используется усовершенствованная коррекция ошибок, а необходимый уровень безопасности обеспечивает 128-битное AES-шифрование.

Датчики температуры, давления, влажности, скорости передвижения и т. д. на базе этого стандарта могут передавать информацию на различные устройства контроля: мобильные телефоны, КПК, ПК и т. п.

Первый чип с поддержкой Bluetooth 3.0 и Bluetooth 4.0 был выпущен компанией ST-Ericsson в конце 2009 года.

Bluetooth 4.1

В конце 2013 года Bluetooth Special Interest Group (SIG) представила спецификацию Bluetooth 4.1. Одно из улучшений, реализованных в спецификации Bluetooth 4.1, касается совместной работы Bluetooth и мобильной связи четвёртого поколения LTE . Стандарт предусматривает защиту от взаимных помех путём автоматического координирования передачи пакетов данных.

Bluetooth 4.2

3 декабря 2014 Bluetooth Special Interest Group (SIG) представила Bluetooth 4.2 . Основные улучшения — повышение конфиденциальности и увеличение скорости передачи данных.

Bluetooth 5.0

16 июня 2016 года Bluetooth Special Interest Group (SIG) представила спецификацию Bluetooth 5.0 . Изменения коснулись в основном режима с низким потреблением и высокоскоростного режима. Радиус действия увеличен в четыре раза, скорость увеличена вдвое. Также версия Bluetooth 5.0 полностью совместима с предыдущими версиями Bluetooth.

В этом типе протокола были серьёзные качественные обновления, которые позволили назвать новую версию не 4.3, а именно 5.0. Bluetooth 5.0 — большое обновление «синезуба», но оно почти не затрагивает беспроводную передачу звука.

Bluetooth 5.1

От предыдущих версий Bluetooth 5.1 отличается тем, что у пользователей есть возможность определять местоположение и направление с максимальной точностью . Ещё лучше оптимизировалось энергопотребление и увеличилась надёжность соединения по Bluetooth Low Energy.

Bluetooth 5.2

Спецификация опубликована SIG 6 января 2020 года. Новые функции:

• Улучшенная версия протокола атрибутов ATT — Enhanced Attribute protocol (EATT), который более безопасен, так как использует только шифрованное соединение. EATT поддерживает параллельные транзакции, а также позволяет изменять блок максимальной передачи ATT (MTU) во время соединения. В EATT добавлен новый L2CAP-режим безопасного управления потоком — Enhanced Credit Based Flow Control Mode.
• Новый LE Power Control — позволяет устройствам динамически оптимизировать мощность для связи между подключенными устройствами. Приёмники Bluetooth LE теперь могут отслеживать уровень сигнала и запрашивать изменения уровня мощности передачи в подключенных устройствах, как правило, для поддержания оптимального уровня сигнала как с точки зрения качества сигнала, так и с точки зрения снижения энергопотребления.
• LE Isochronous Channels — функция для поддержки нового стандарта передачи аудио LE Audio , следующего поколения Bluetooth-аудио. Позволяет передавать данные с привязкой ко времени на одно или несколько устройств для синхронизированной по времени обработки (пример: беспроводные наушники с раздельными приёмниками), а также для параллельной трансляции на неограниченное количество устройств.
• Bluetooth LE Audio (с 2022 г.)

Bluetooth 5.3

13 июля 2021 года Bluetooth SIG опубликовал спецификацию ядра Bluetooth версии 5.3. Улучшения функций Bluetooth 5.3:

• Connection subrating — позволяет менять параметры соединения с минимальными задержками
• Введение псевдослучайной задержки для интервала периодических уведомлений (advertising interval) позволяет избежать коллизий
• Периферийные устройства могут предоставлять подключенному центральному устройству данные альтернативных радиоканалов, которые могут использоваться центральным устройством при выполнении выбора канала во время адаптивной скачкообразной перестройки частоты
• Улучшения в управлении размером ключа шифрования

В этой версии спецификации были удалены следующие функции:

• Альтернативное расширение MAC и PHY (AMP)

Bluetooth 5.4

7 февраля 2023 года компания Bluetooth SIG выпустила версию 5.4 базовой спецификации Bluetooth. В эту новую версию добавлены следующие функции:

• Периодические оповещения с ответами (PAwR)
• Зашифрованные данные оповещений
• Характеристики уровней безопасности общего профиля атрибутов (LE GATT)
• Выбор кодирования оповещений

Стек протоколов Bluetooth

Bluetooth имеет многоуровневую архитектуру, состоящую из основного протокола, протоколов замены кабеля, протоколов управления телефонией и заимствованных протоколов. Обязательными протоколами для всех стеков Bluetooth являются: LMP , L2CAP и SDP. Кроме того, устройства, связывающиеся с Bluetooth, обычно используют протоколы и RFCOMM.

LMP

Link Management Protocol — используется для установления и управления радиосоединением между двумя устройствами. Реализуется контроллером Bluetooth.

HCI

Host/controller interface — определяет связь между стеком хоста (то есть компьютера или мобильного устройства) и контроллером Bluetooth.

L2CAP

logical Link Control and Adaptation Protocol — используется для мультиплексирования локальных соединений между двумя устройствами, использующими различные протоколы более высокого уровня. Позволяет фрагментировать и пересобирать пакеты.

SDP

Service Discovery Protocol — позволяет обнаруживать услуги, предоставляемые другими устройствами, и определять их параметры.

RFCOMM

Radio Frequency Communications — протокол замены кабеля, создаёт виртуальный последовательный поток данных и эмулирует управляющие сигналы RS-232 .

BNEP

Bluetooth Network Encapsulation Protocol — используется для передачи данных из других стеков протоколов через канал L2CAP. Применяется для передачи IP-пакетов в профиле Personal Area Networking.

AVCTP

Audio/Video Control Transport Protocol — используется в профиле Audio/Video Remote Control для передачи команд по каналу L2CAP.

AVDTP

Audio/Video Distribution Transport Protocol — используется в профиле Advanced Audio Distribution для передачи стереозвука по каналу L2CAP.

TCS

Telephony Control Protocol — Binary — протокол, определяющий сигналы управления вызовом для установления голосовых соединений и соединений для передачи данных между устройствами Bluetooth. Используется только в профиле Cordless Telephony.

Заимствованные протоколы включают в себя: Point-to-Point Protocol ( PPP ), TCP/IP , UDP , Object Exchange Protocol ( OBEX ), Wireless Application Environment (WAE), Wireless Application Protocol (WAP).

Профили Bluetooth

Профиль — набор функций или возможностей, доступных для определённого устройства Bluetooth. Для совместной работы Bluetooth-устройств необходимо, чтобы все они поддерживали общий профиль.

Нижеуказанные профили определены и одобрены группой разработки Bluetooth SIG :

• Advanced Audio Distribution Profile ( A2DP ) — разработан для передачи двухканального стерео-аудиопотока, например музыки, к беспроводной гарнитуре или любому другому устройству. Профиль полностью поддерживает низкокомпрессированный кодек Sub_Band_Codec (SBC) и опционально — иные кодеки.
• Audio/Video Remote Control Profile ( ) — разработан для управления стандартными функциями телевизоров , оборудования Hi-Fi и прочего, то есть позволяет создавать устройства с функциями дистанционного управления . Может использоваться в связке с профилями A2DP или VDP.
• Basic Imaging Profile (BIP) — разработан для пересылки изображений между устройствами и включает возможность изменения размера изображения и конвертирование в поддерживаемый формат принимающего устройства.
• Basic Printing Profile ( ) — позволяет пересылать текст, сообщения электронной почты, vCard и другие элементы на принтер. Профиль не требует от принтера специфических драйверов, что выгодно отличает его от HCRP.
• Common ISDN Access Profile (CIP) — для доступа устройств к ISDN .
• Cordless Telephony Profile (CTP) — профиль беспроводной телефонии.
• Device ID Profile (DIP) — позволяет идентифицировать класс устройства, производителя, версию продукта.
• Dial-up Networking Profile (DUN) — протокол предоставляет стандартный доступ к Интернету или к другому телефонному сервису через Bluetooth. Базируется на SPP, включает в себя команды PPP и AT, определённые в спецификации ETSI 07.07.
• Fax Profile (FAX) — предоставляет интерфейс между мобильным или стационарным телефоном и ПК, на котором установлено программное обеспечение для факсов. Поддерживает набор AT-команд в стиле ITU T.31 и/или ITU T.32. Голосовой звонок или передача данных профилем не поддерживается.
• File Transfer Profile ( ) — обеспечивает доступ к файловой системе устройства. Включает стандартный набор команд FTP, позволяющий получать список каталогов, изменения каталогов, получать, передавать и удалять файлы. В качестве транспорта используется OBEX , базируется на GOEP.
• General Audio/Video Distribution Profile ( ) — база для A2DP и VDP.
• Generic Access Profile ( ) — база для всех остальных профилей.
• Generic Object Exchange Profile ( ) — база для других профилей передачи данных, базируется на OBEX .
• Hard Copy Cable Replacement Profile ( ) — предоставляет простую альтернативу кабельному соединению между устройством и принтером. Минус профиля в том, что для принтера необходимы специфичные драйвера, что делает профиль неуниверсальным.
• Hands-Free Profile ( HFP ) — используется для соединения беспроводной гарнитуры и телефона, передаёт монозвук в одном канале.
• Human Interface Device Profile ( ) — обеспечивает поддержку устройств с HID (Human Interface Device), таких как мыши, джойстики, клавиатуры и пр. Использует медленный канал, работает на пониженной мощности.
• Headset Profile ( HSP ) — используется для соединения беспроводной гарнитуры (Headset) и телефона. Поддерживает минимальный набор AT-команд спецификации GSM 07.07 для возможности совершать звонки, отвечать на звонки, завершать звонок, настраивать громкость. Через профиль Headset, при наличии Bluetooth 1.2 и выше, можно выводить на гарнитуру всё звуковое сопровождение работы телефона. Например, прослушивать на гарнитуре все сигналы подтверждения операций, mp3-музыку из плеера, мелодии звонка, звуковой ряд видеороликов. Гарнитуры, поддерживающие такой профиль, имеют возможность передачи стереозвука, в отличие от моделей, которые поддерживают только профиль Hands-Free.
• Intercom Profile (ICP) — обеспечивает голосовые звонки между Bluetooth-совместимыми устройствами.
• LAN Access Profile (LAP) — обеспечивает доступ Bluetooth-устройствам к вычислительным сетям LAN , WAN или Интернет посредством другого Bluetooth-устройства, которое имеет физическое подключение к этим сетям. Bluetooth-устройство использует PPP поверх для установки соединения. LAP также допускает создание Bluetooth-сетей ad-hoc.
• Object Push Profile (OPP) — базовый профиль для пересылки «объектов», таких как изображения, виртуальные визитные карточки и др. Передачу данных инициирует отправляющее устройство (клиент), а не приёмное (сервер).
• Personal Area Networking Profile (PAN) — позволяет использовать протокол Bluetooth Network Encapsulation в качестве транспорта через Bluetooth-соединение.
• Phone Book Access Profile (PBAP) — позволяет обмениваться записями телефонных книг между устройствами.
• Serial Port Profile ( ) — базируется на спецификации ETSI TS07.10 и использует протокол . Профиль эмулирует последовательный порт, предоставляя возможность замены стандартного RS-232 беспроводным соединением. Является базовым для профилей DUN, FAX, HSP и AVRCP.
• Service Discovery Application Profile (SDAP) — используется для предоставления информации о профилях, которые использует устройство-сервер.
• SIM Access Profile (SAP, SIM) — позволяет получить доступ к SIM-карте телефона, что позволяет использовать одну SIM-карту для нескольких устройств.
• Synchronisation Profile (SYNCH) — позволяет синхронизировать персональные данные (PIM). Профиль заимствован из спецификации инфракрасной связи и адаптирован группой Bluetooth SIG.
• Video Distribution Profile ( ) — позволяет передавать потоковое видео. Поддерживает H.263 , стандарты MPEG-4 Visual Simple Profile, H.263 profiles 3, profile 8 поддерживаются опционально и не содержатся в спецификации.
• Wireless Application Protocol Bearer (WAPB) — протокол для организации (Point-to-Point) соединения через Bluetooth.

Безопасность

В июне 2006 года Авишай Вул и Янив Шакед опубликовали статью , содержащую подробное описание атаки на устройства Bluetooth. Материал содержал описание как активной, так и пассивной атаки, позволяющей получить PIN-код устройства и затем соединиться с данным устройством. Пассивная атака позволяет соответствующе экипированному злоумышленнику «подслушать» (sniffing) процесс инициализации соединения и в дальнейшем использовать полученные в результате прослушки и анализа данные для установления соединения (spoofing). Естественно, для проведения такой атаки злоумышленнику нужно находиться в непосредственной близости и непосредственно в момент установления связи. Это не всегда возможно. Поэтому родилась идея активной атаки. Была обнаружена возможность отправки в определённый момент особого сообщения, позволяющего начать процесс инициализации с устройством злоумышленника. Обе процедуры взлома достаточно сложны и включают несколько этапов, основной из которых — сбор пакетов данных и их анализ. Сами атаки основаны на уязвимостях в механизме аутентификации и создания ключа-шифра между двумя устройствами.

Инициализация Bluetooth-соединения

Инициализацией Bluetooth-соединения принято называть процесс установки связи. Его можно разделить на три этапа:

• генерация ключа Kinit ,
• генерация ключа связи (он носит название link key и обозначается как Kab ),
• аутентификация.

Первые два пункта входят в так называемую процедуру паринга.

Паринг (pairing), или сопряжение, — процесс связи двух (или более) устройств с целью создания общего секретного значения Kinit, которое они будут в дальнейшем использовать при общении. В некоторых переводах официальных документов по Bluetooth можно также встретить термин «подгонка пары». Перед началом процедуры сопряжения на обеих сторонах необходимо ввести PIN-код.

Kinit формируется по алгоритму E22, который оперирует следующими величинами:

• BD_ADDR — уникальный MAC-адрес Bluetooth-устройства длиной 48 бит;
• PIN -код и его длина;
• IN_RAND — случайная 128-битная величина.

Для создания ключа связи Kab устройства обмениваются 128-битными словами LK_RAND(A) и LK_RAND(B) , генерируемыми случайным образом. Далее следуют побитовый XOR с ключом инициализации Kinit и снова обмен полученным значением. Затем вычисляется ключ по алгоритму E21.

Для этого необходимы величины:

• BD_ADDR
• 128-битный LK_RAND (каждое устройство хранит своё и полученное от другого устройства значения)

На данном этапе pairing заканчивается и начинается последний этап инициализации Bluetooth — Mutual authentication, или взаимная аутентификация. Основана она на схеме «запрос-ответ». Одно из устройств становится верификатором, генерирует случайную величину AU_RAND(A) и посылает его соседнему устройству (в открытом виде), называемому предъявителем. Как только предъявитель получает это «слово», начинается вычисление величины SRES по алгоритму E1, и она отправляется верификатору. Соседнее устройство производит аналогичные вычисления и проверяет ответ предъявителя. Если SRES совпали, то устройства меняются ролями и процесс повторяется заново.

E1-алгоритм оперирует такими величинами:

• Случайно созданное AU_RAND
• link key Kab
• Свой собственный BD_ADDR

Атака на сопряжение

Если злоумышленнику удалось прослушать эфир, и во время процедуры сопряжения он перехватил и сохранил все сообщения, то далее найти PIN можно используя перебор.

Первым, кто заметил эту уязвимость, был англичанин Олли Вайтхауз (Ollie Whitehouse) в апреле 2004 года. Он первым предложил перехватить сообщения во время сопряжения и попытаться вычислить PIN методом перебора, используя полученную информацию. Тем не менее метод имеет один существенный недостаток: атаку возможно провести только в случае, если удалось подслушать все аутентификационные данные. Другими словами, если злоумышленник находился вне эфира во время начала сопряжения или же упустил какую-то величину, то он не сможет продолжить атаку.

Атака на пересопряжение

Вулу и Шакеду удалось найти решение трудностей, связанных с атакой Вайтхауза. Был разработан второй тип атаки. Если процесс сопряжения уже начат и данные упущены, провести атаку невозможно. Но если устройства уже успели связаться, сохранили ключ Kab и приступили к взаимной аутентификации, можно заставить устройства заново инициировать процесс сопряжения, чтобы провести вышеописанную атаку на сопряжение.

Данная атака требует отправки нужных сообщений в нужный момент времени. Доступные в продаже стандартные устройства для этих целей не подходят.

Использовав любой из этих методов, злоумышленник может приступить к базовой атаке на сопряжение. Таким образом, имея в арсенале эти две атаки, злоумышленник может беспрепятственно похитить PIN-код. Далее, имея PIN-код, он сможет установить соединение с любым из этих устройств. И стоит учесть, что в большинстве устройств безопасность на уровне служб, доступных через Bluetooth, не обеспечивается на должном уровне. Большинство разработчиков делает ставку именно на безопасность установления сопряжения. Поэтому последствия действий злоумышленника могут быть различными: от кражи записной книжки телефона до установления исходящего вызова с телефона жертвы и использования его как прослушивающего устройства.

Оценка времени подбора PIN-кода

В протоколе Bluetooth активно используются алгоритмы E22, E21, E1, основанные на шифре SAFER +. Брюс Шнайер подтвердил, что уязвимость относится к критическим. Подбор PIN на практике прекрасно работает и может быть выполнен в реальном времени . Ниже приведены результаты, полученные на Pentium 4 HT с частотой 3 ГГц:

Длина (знаков)	Время (сек)
4	0,063
5	0,75
6	7,609

Конкретные реализации вышеописанных атак могут работать с различной скоростью. Способов оптимизации множество: особые настройки компилятора, различные реализации циклов, условий и арифметических операций. Авишай Вул и Янив Шакед нашли способ значительно сократить время перебора PIN-кода.

Увеличение длины PIN-кода не является панацеей. От описанных атак может частично защитить только сопряжение устройств в безопасном месте, например Bluetooth-гарнитура или автомобильное handsfree-устройство. Инициализация связи (при включении) с данными устройствами может происходить многократно в течение дня, и не всегда у пользователя есть возможность находиться при этом в защищённом месте.

Применение

Радиус работы устройств BT2 не превышает 16 м, для BT1 — до 100 м (класс А). Эти числа декларируются стандартом для прямой видимости, в реальности не стоит ожидать работы на расстоянии более 10—20 м. На практике такой дистанции для эффективного применения атак недостаточно. Поэтому ещё до детальной проработки алгоритмов атаки на Defcon-2004 публике была представлена антенна-винтовка BlueSniper, разработанная Джонном Херингтоном (John Herington). Устройство подключается к портативному устройству — ноутбуку/КПК и имеет достаточную направленность и мощность (эффективная работа до 1,5 км).

Сосуществование с другими протоколами

Частая смена рабочего канала FHSS в широком диапазоне частот дает шанс на совместное существование с другими протоколами. С введением адаптивной AFH ситуация немного улучшилась .

Отладка и сертификация

Отладка и контроль соответствия стандарту осложняется активными соседями по диапазону (например Wi-Fi). Существуют решения, позволяющие декодировать и отслеживать все соединения одновременно во всех 79 каналах Bluetooth.

См. также

• IEEE 802.15.4
• Стек Bluetooth
• Блюджекинг
• UWB
• Wi-Fi

Примечания

Литература

• Сергей Асмаков. // : журнал. — 2013. — 12 марта ( № 3 (279) ). — С. 34—36 . — ISSN .

Ссылки

• (англ.)
• Yaniv Shaked, Avishai Wool.