Скандинавский стандарт: Забытые провода, свободные руки, синие зубы

Спустя тысячу лет, в 1994 году, шведская компания Ericsson задумала объединить с помощью беспроводной связи мобильные телефоны, компьютеры и другие периферийные устройства. В 1998 году была создана группа Bluetooth SIG (Special Interest Group), объединившая Ericsson, Intel, IBM, Toshiba, Nokia (сейчас насчитывается более двух тысяч участников). Создатели стандарта, получившего столь историческое название, замахнулись на далекую перспективу: реализовать единый стандарт беспроводной связи, войти в историю и при этом подчеркнуть роль скандинавских стран (шведской компании Ericsson и финской Nokia) в этом событии. Даже сам логотип Bluetooth представляет собой комбинацию рунической буквы H (по имени короля — Harald), латинской B и символа Q.

Первыми устройствами с поддержкой Bluetooth, появившимися на рынке, стали мобильные телефоны и беспроводные гарнитуры. Мощность электромагнитного излучения, которая определяет степень воздействия на живой организм, в случае bluetooth-гарнитуры в сотни раз меньше, чем мощность излучения самого телефона.

Чтобы установить связь между устройствами, а также обеспечить кодировку и декодировку данных, существуют программные процедуры — профили. Bluetooth 1.1 включает в себя большое число профилей, использующихся для реализации самых разных функций (см. врезку). Многие из них используются только там, где они необходимы (например, в принтере бессмысленно реализовывать профиль для аудиосвязи). Чем больше профилей реализовано в конкретном устройстве, тем лучше обстоят дела с его совместимостью. Однако каждый реализованный профиль — это не только повышение стоимости устройства, но и дополнительная задача для разработчика. Не обошлось и без курьезов: например, в первых моделях телефона Nokia 7650 подключение гарнитуры было вовсе невозможно — в протоколе Bluetooth была реализована лишь передача данных, но не было аудиопрофилей.

Передача голоса может осуществляться по одному из двух профилей: Headset или Handsfree. Headset обеспечивает минимальный набор функций: установление связи с телефоном, ответ на входящий звонок, окончание разговора, голосовой набор, изменение громкости и перевод вызова с телефона на гарнитуру. Профиль Handsfree к этому набору функций добавляет такие функции, как повтор последнего набранного номера, отклонение входящего вызова, удержание вызова. Сегодня многие выпускаемые мобильные телефоны и гарнитуры поддерживают оба этих профиля, и проблемы с совместимостью обычно не возникает.

Радиосвязь Bluetooth осуществляется в ISM-диапазоне (Industry, Science & Medicine), который используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях (свободный от лицензирования диапазон 2,4−2,48 ГГц). Спектр сигнала формируется по методу FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum — широкополосный сигнал по методу частотных скачков). Реализация FHSS проста, он обеспечивает устойчивость к широкополосным помехам, а оборудование стоит недорого.

Согласно алгоритму FHSS, в Bluetooth несущая частота сигнала скачкообразно меняется 1600 раз в секунду (всего выделяется 79 рабочих частот, а в Японии, Франции и Испании полоса уже — 23 частотных канала). Последовательность переключения между частотами для каждого соединения является псевдослучайной и известна только передатчику и приемнику, которые каждые 625 мкс (один временной слот) синхронно перестраиваются с одной несущей частоты на другую. Таким образом, если рядом работают другие пары «приемник-передатчик», то они фактически не будут мешать 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: аудио-сигнал не повторяется (как правило), а цифровые данные в случае утери пакета информации будут переданы повторно. Без помехоустойчивого кодирования это обеспечивает передачу данных со скоростями 723,2 Кбит/с с обратным каналом 57,6 Кбит/с, или 433,9 Кбит/с в обоих направлениях.

Серьезная головная боль для разработчиков — безопасность Bluetooth-соединения. Настройка безопасности полностью возложена на пользователей, а многие из них пренебрегают этим из-за неграмотности или лени. В людном общественном месте поиск Bluetooth-сетей непременно обнаружит вокруг вас еще 5−10 устройств (мобильных телефонов, КПК и т. д.), с половиной из которых можно соединиться, а часть из них даже разрешает пользоваться после соединения всеми данными! А это позволяет не только скачать телефонную книгу и файлы, но и дает возможность, например, подключиться к интернету через GPRS, пользуясь телефоном соседа.

То, как отреагирует ваш мобильный телефон на поисковый запрос другого устройства, зависит от того, в каком из трех режимов он находится: Discoverable Mode (режим отклика), Limited Discoverable Mode (режим ограниченного отклика) или Non-Discoverable Mode (режим отказа в отклике).

В первом случае ответ будет дан на любой запрос, во втором — ответ на запрос будет дан лишь при соблюдении определенных ограничивающих условий. И, наконец, в третьем случае ваш телефон вовсе не ответит на поступивший запрос. Впрочем, это касается лишь обнаружения вашего Bluetooth-устройства. Есть еще и параметр, определяющий возможность самой установки соединения после обнаружения: если это Non-Connectable Mode (недоступный режим), то установление соединения будет запрещено, а в случае Connectable Mode (доступный режим) между двумя устройствами начинается согласование параметров соединения.

Каждое устройство имеет свой уникальный 48-битный адрес. При настройке параметров соединения уникальные адреса двух устройств, а также PIN-код (для гарнитур это поставляемый производителем набор цифр, чаще всего 0000) используются для вычисления ключа инициализации, с помощью которого происходит процедура аутентификации (опознания) устройства, запрашивающего соединение. Затем в процессе установления связи устройства генерируют ключи связи и обмениваются ими, после чего удаляют ключ инициализации. Последний этап — вычисление ключа шифрования, который будет известен только этим двум устройствам, именно он используется для шифрования передаваемых данных. На этом процедура инициализации заканчивается. При последующем соединении этой же пары устройств процедура инициализации будет аналогичной, за исключением первого шага — вычисление ключа инициализации больше не понадобится, устройства будут опознавать друг друга по своим уникальным адресам.

К сожалению, дыр в безопасности Bluetooth пока довольно много, а это благодатная почва для хакеров. Даже описанная выше процедура установления и поддержания связи между двумя устройствами не дает полной гарантии безопасности. Ошибки в программном обеспечении телефонов позволяют злоумышленнику получить полный контроль над вашим телефоном (см. врезку).

Безусловно, если пользователь устанавливает недоступный режим каждый раз, когда Bluetooth-соединение не используется, вероятность стать жертвой хакерской атаки существенно ниже. Разработчики также рекомендуют осуществлять первое подключение Bluetooth-устройств в знакомой обстановке и в отсутствие нежелательного окружения. Ведь при первом подключении происходит открытый обмен данными, перехватив которые, хакер может сам вычислить ключи инициализации и связи. Причем, несмотря на то что радиус действия Bluetooth-соединения на сегодняшний день составляет 7−10 м, существует хакерское оборудование, позволяющее взламывать телефоны с расстояния более 1,5 км! Такой «хакерский боекомплект» состоит из внешне похожей на снайперскую винтовку чувствительной антенны, соединенной с ноутбуком. Впрочем, компании, входящие в Bluetooth SIG, не дремлют и ведут постоянные разработки, призванные обеспечить безопасность соединений.

Прогнозы разработчиков относительно перспектив развития рынка Bluetooth-телефонов и гарнитур весьма и весьма оптимистичны. IMS Research прогнозирует, что в 2005 году число производимых Bluetooth -гарнитур достигнет 28,2 млн., а к 2009 году увеличится до 147 млн. Что касается телефонов со встроенным модулем Bluetooth, то ожидается, что их число в 2005 году превысит 131 млн., а к 2009 достигнет 463 млн. Уже в этом году ожидается появление на рынке новых устройств с поддержкой спецификаций Bluetooth 2.0 и скоростью передачи данных до 2,1−3 Мбит/с (беспроводные стереонаушники и т. п.).

Однако стандарт не лишен недостатков и ограничений, что стимулирует производителей искать новые решения. Хотя Bluetooth и обеспечивает возможность построения персональных беспроводных сетей, но даже обещанный рост пропускной способности до 3 Мбит/с не обеспечит комфортной работы, например, с мультимедиа-приложениями. До недавнего времени как основной конкурент протокола Bluetooth рассматривалась технология WiFi, предназначенная для построения беспроводных локальных сетей: пропускная способность версий IEEE802.11a/g достигает 54 Мбит/с. Однако энергопотребление чипов WiFi существенно выше, чем Bluetooth, и для использования в мобильных устройствах, где емкость батарей является жизненно важным фактором, он плохо приспособлен.

А вот наиболее серьезной конкуренции можно ждать от готовящегося к выходу стандарта Wireless USB (WUSB). Этот стандарт основан на технологии UWB (Ultra Wideband — сверхширокая полоса пропускания), предназначенной для беспроводной передачи данных на расстояния до 3 или 10 метров с пропускной способностью до 480 Мбит/с и 110 Мб/с соответственно. В группу Wireless USB Promoter Group входят такие компании, как Intel, Microsoft, Agere Systems, Hewlett Packard, NEC, Philips Semiconductors и Samsung, и в июне они официально объявили об окончании разработки спецификации стандарта WUSB версии 1.0. Впрочем, компании, входящие в Bluetooth SIG, тоже проявляют интерес к UWB, и вполне возможно, что следующие поколения Bluetooth будут использовать эту технологию.

Технология Bluetooth не ограничивается только телефонными и компьютерными применениями: существуют и весьма нестандартные Bluetooth-устройства. Например, игрушечный автомобиль Sony Ericsson Bluetooth Remote Control CAR-100, управляемый с клавиатуры сотового телефона, или камера на колесиках Sony Ericsson ROB-1, передающая изображения на дисплей телефона. Компания Nokia специально для владельцев мобильных телефонов Nokia, оснащенных фотокамерами, создала устройство Image Viewer Unit SU-2, которое подключается к телевизору или проектору и по протоколу Bluetooth считывает с телефона фотографии и демонстрирует их на большом экране.

Впрочем, есть и более серьезные применения. Российская компания «Альтоника» разрабатывает противоугонные системы, использующие технологию Bluetooth для идентификации владельца машины по его сотовому телефону. При снятии машины с охраны, а также после каждого открывания дверей автомобиля со стороны водителя при работающем двигателе происходит опознавание телефона, и если телефон не будет обнаружен, двигатель блокируется. Таким образом, мобильный телефон с Bluetooth в данном случае служит универсальным «электронным ключом» владельца. А система RoadSnoop, разработанная шинной компанией Nokian Tyres, позволяет даже передавать на мобильный телефон с Bluetooth текущие данные о давлении в шинах. Так что в следующий раз, садясь в свой автомобиль, проверьте, не забыли ли вы свой мобильный телефон. Разумеется, с технологией Bluetooth.