Bluetooth - Bluetooth

Bluetooth
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Entwickelt von Bluetooth-Spezialinteressengruppe
Eingeführt 7. Mai 1998 ; Vor 23 Jahren ( 1998-05-07 )
Industrie Persönliche Netzwerke
Kompatible Hardware PCs
Smartphones
Spielkonsolen
Audiogeräte
Physikalische Reichweite Normalerweise weniger als 10 m (33 ft), bis zu 100 m (330 ft).
Bluetooth 5.0: 40–400 m (100–1.000 Fuß)
Mehr als ein Kilometer, weniger als ein Meter
Webseite bluetooth .com

Bluetooth ist ein drahtloser Technologiestandard mitkurzer Reichweite, der zum Austausch von Daten zwischen festen und mobilen Geräten über kurze Distanzen mithilfe von UHF -Funkwellen in den ISM-Bändern von 2,402 GHz bis 2,48 GHz und zum Aufbau von Personal Area Networks (PANs) verwendet wird. Es wurde ursprünglich als drahtlose Alternative zu RS-232 -Datenkabeln konzipiert. Es wird hauptsächlich als Alternative zu Kabelverbindungen verwendet, um Dateien zwischen tragbaren Geräten in der Nähe auszutauschen und Mobiltelefone und Musikplayer mit drahtlosen Kopfhörern zu verbinden . Im am häufigsten verwendeten Modus ist die Sendeleistung auf 2,5 Milliwatt begrenzt , was eine sehr kurze Reichweite von bis zu 10 Metern (30 Fuß) ergibt.

Bluetooth wird von der Bluetooth Special Interest Group (SIG) verwaltet, die mehr als 35.000 Mitgliedsunternehmen in den Bereichen Telekommunikation, Computer, Netzwerke und Unterhaltungselektronik umfasst. Das IEEE standardisierte Bluetooth als IEEE 802.15.1 , hält aber den Standard nicht mehr aufrecht. Die Bluetooth SIG überwacht die Entwicklung der Spezifikation, verwaltet das Qualifizierungsprogramm und schützt die Marken. Ein Hersteller muss die Bluetooth-SIG-Standards erfüllen , um es als Bluetooth-Gerät zu vermarkten. Für die Technologie gilt ein Netzwerk von Patenten , die für einzelne qualifizierende Geräte lizenziert werden. Ab 2009 werden jährlich etwa 920 Millionen Bluetooth - Chips mit integrierten Schaltkreisen ausgeliefert  .; Bis 2017 wurden jährlich 3,6 Milliarden Bluetooth-Geräte ausgeliefert, und es wird erwartet, dass die Auslieferungen um etwa 12 % pro Jahr weiter zunehmen.

Etymologie

Der Name „Bluetooth“ wurde 1997 von Jim Kardach von Intel vorgeschlagen . Zum Zeitpunkt dieses Vorschlags, er las Frans G. Bengtsson ‚s The Long Ships , ein historischer Roman über Wikinger und das 10. Jahrhundert dänische König Harald Bluetooth .

Bluetooth ist die anglisierte Version des skandinavischen Blåtand / Blåtann (oder in Altnordisch blátǫnn ). Es war der Beiname von König Harald Blauzahn, der die unterschiedlichen dänischen Stämme zu einem einzigen Königreich vereinte; Kardach wählte den Namen, um anzudeuten, dass Bluetooth Kommunikationsprotokolle ähnlich vereint.

Das Bluetooth - Logo Bluetooth FM Farbe.pngist eine Bind Rune die Verschmelzung Jüngere Futhark Runen Runenbrief ior.svg  (ᚼ, Hagall ) und Runenbrief berkanan.svg (ᛒ, bjarkan ), Harald Initialen.

Geschichte

Die Entwicklung der „Short-Link“-Funktechnologie, später Bluetooth genannt, wurde 1989 von Nils Rydbeck, CTO bei Ericsson Mobile in Lund , Schweden , initiiert . Der Zweck war die Entwicklung drahtloser Headsets gemäß zweier Erfindungen von Johan Ullman, SE 8902098-6 , ausgegeben am 12.06.1989 ,  und SE 9202239 , ausgegeben am 24.07.1992  . Nils Rydbeck beauftragte Tord Wingren mit der Spezifikation und die Niederländer Jaap Haartsen und Sven Mattisson mit der Entwicklung. Beide arbeiteten für Ericsson in Lund. Das Hauptdesign und die Entwicklung begannen 1994 und 1997 hatte das Team eine praktikable Lösung. Ab 1997 wurde Örjan Johansson Projektleiter und trieb die Technologie und Standardisierung voran.

1997 wandte sich Adalio Sanchez, damals Leiter der Produktforschung und -entwicklung von IBM ThinkPad , an Nils Rydbeck, um gemeinsam an der Integration eines Mobiltelefons in ein ThinkPad-Notebook zu arbeiten. Die beiden beauftragten Ingenieure von Ericsson und IBM, die Idee zu untersuchen. Die Schlussfolgerung war, dass der Stromverbrauch der damaligen Handytechnologie zu hoch war, um eine sinnvolle Integration in ein Notebook zu ermöglichen und dennoch eine ausreichende Akkulaufzeit zu erreichen. Stattdessen vereinbarten die beiden Unternehmen, die Short-Link-Technologie von Ericsson sowohl in ein ThinkPad-Notebook als auch in ein Ericsson-Telefon zu integrieren, um das Ziel zu erreichen. Da zu dieser Zeit weder IBM ThinkPad Notebooks noch Ericsson Telefone die Marktführer in ihren jeweiligen Märkten waren, vereinbarten Adalio Sanchez und Nils Rydbeck, die Short-Link-Technologie zu einem offenen Industriestandard zu machen, um jedem Spieler maximalen Marktzugang zu ermöglichen. Ericsson steuerte die Short-Link-Funktechnologie bei, und IBM steuerte Patente rund um die logische Schicht bei. Adalio Sanchez von IBM rekrutierte dann Stephen Nachtsheim von Intel, um sich anzuschließen, und dann rekrutierte Intel auch Toshiba und Nokia . Im Mai 1998 wurde die Bluetooth SIG mit IBM und Ericsson als Gründungsunterzeichnern und insgesamt fünf Mitgliedern gegründet: Ericsson, Intel, Nokia, Toshiba und IBM.

Das erste Consumer-Bluetooth-Gerät wurde 1999 auf den Markt gebracht. Es war ein mobiles Freisprech-Headset, das auf der COMDEX mit dem "Best of Show Technology Award" ausgezeichnet wurde. Das erste Bluetooth-Handy war das Ericsson T36, aber erst 2001 schaffte es das überarbeitete T39- Modell in die Regale. Parallel dazu stellte IBM im Oktober 2001 mit dem IBM ThinkPad A30 das erste Notebook mit integriertem Bluetooth vor.

Die frühe Integration von Bluetooth in Produkte der Unterhaltungselektronik wurde bei Vosi Technologies in Costa Mesa, Kalifornien, USA, zunächst unter der Aufsicht der Gründungsmitglieder Bejan Amini und Tom Davidson, fortgesetzt. Vosi Technologies wurde vom Immobilienentwickler Ivano Stegmenga mit dem US-Patent 608507 für die Kommunikation zwischen einem Mobiltelefon und dem Audiosystem eines Fahrzeugs entwickelt. Sony/Ericsson hatte damals nur einen geringen Marktanteil im Mobiltelefonmarkt, der in den USA von Nokia und Motorola dominiert wurde. Aufgrund laufender Verhandlungen über eine beabsichtigte Lizenzvereinbarung mit Motorola, die Ende der 1990er Jahre begann, konnte Vosi die Absicht, die Integration und die anfängliche Entwicklung anderer aktivierter Geräte, die die ersten mit dem Internet verbundenen „ Smart Home “ -Geräte sein sollten, nicht öffentlich bekannt geben .

Vosi benötigte eine Möglichkeit, mit der das System ohne Kabelverbindung vom Fahrzeug mit den anderen Geräten im Netzwerk kommunizieren kann. Die Wahl fiel auf Bluetooth, da WiFi noch nicht ohne weiteres verfügbar war oder auf dem öffentlichen Markt unterstützt wurde. Vosi hatte mit der Entwicklung des integrierten Fahrzeugsystems Vosi Cello und einiger anderer mit dem Internet verbundener Geräte begonnen, von denen eines ein Tischgerät namens Vosi Symphony sein sollte, das mit Bluetooth vernetzt war. Durch die Verhandlungen mit Motorola hat Vosi seine Absicht bekannt gegeben, Bluetooth in seine Geräte zu integrieren. Anfang der 2000er-Jahre kam es zwischen Vosi und Motorola zu einem Rechtsstreit , der die Veröffentlichung der Geräte auf unbestimmte Zeit aussetzte. Später implementierte Motorola es in seinen Geräten, was aufgrund seines damals großen Marktanteils die bedeutende Verbreitung von Bluetooth auf dem öffentlichen Markt einleitete.

2012 wurde Jaap Haartsen vom Europäischen Patentamt für den Europäischen Erfinderpreis nominiert.

Implementierung

Bluetooth arbeitet mit Frequenzen zwischen 2.402 und 2.480  GHz oder 2,400 und 2,4835  GHz einschließlich Schutzbänder 2  MHz breit am unteren Ende und 3,5  MHz breit am oberen Rande. Dies ist im weltweit nicht lizenzierten (aber nicht unregulierten) industriellen, wissenschaftlichen und medizinischen ( ISM ) 2,4-  GHz-Kurzstrecken-Funkfrequenzband. Bluetooth verwendet eine Funktechnologie, die als Frequenzsprung-Spreizspektrum bezeichnet wird . Bluetooth teilt übertragene Daten in Pakete auf und überträgt jedes Paket auf einem von 79 ausgewiesenen Bluetooth-Kanälen. Jeder Kanal hat eine Bandbreite von 1  MHz. Es führt normalerweise 1600 Sprünge  pro Sekunde durch, wobei adaptives Frequenzsprungverfahren (AFH) aktiviert ist. Bluetooth Low Energy verwendet 2  MHz-Abstände, die 40 Kanäle aufnehmen.

Ursprünglich war die Gaußsche Frequenzumtastung (GFSK) das einzige verfügbare Modulationsverfahren. Seit der Einführung von Bluetooth 2.0+EDR können auch π/4- DQPSK (Differential Quadratur-Phasenumtastung) und 8-DPSK-Modulation zwischen kompatiblen Geräten verwendet werden. Geräte, die mit GFSK arbeiten, sollen im Basisratenmodus (BR) arbeiten, wo eine momentane Bitrate von 1 Mbit/s möglich ist. Der Begriff Enhanced Data Rate (EDR) wird verwendet, um π/4-DPSK (EDR2) und 8-DPSK (EDR3) Schemata zu beschreiben, die jeweils 2 bzw. 3 Mbit/s ergeben. Die Kombination dieser (BR und EDR) Modi in der Bluetooth-Funktechnologie wird als BR/EDR-Funk klassifiziert .   

Im Jahr 2019 veröffentlichte Apple eine Erweiterung namens HDR, die Datenraten von 4 (HDR4) und 8 (HDR8) Mbit/s unter Verwendung von π/4- DQPSK- Modulation auf 4MHz-Kanälen mit Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) unterstützt [1] .

Bluetooth ist ein paketbasiertes Protokoll mit einer Master/Slave-Architektur . Ein Master kann mit bis zu sieben Slaves in einem Piconetz kommunizieren . Alle Geräte innerhalb eines bestimmten Piconetzes verwenden den vom Master bereitgestellten Takt als Basis für den Paketaustausch. Der Masterclock tickt mit einer Periode von 312,5 µs , zwei Clock-Ticks ergeben dann einen Slot von 625 µs und zwei Slots ergeben ein Slot-Paar von 1250 µs. Im einfachen Fall von Single-Slot-Paketen sendet der Master in geraden Slots und empfängt in ungeraden Slots. Der Slave hingegen empfängt in geraden Slots und sendet in ungeraden Slots. Pakete können 1, 3 oder 5 Schlitze lang sein, aber in allen Fällen beginnt die Übertragung des Masters in geraden Schlitzen und die des Slaves in ungeraden Schlitzen.    

Davon ausgenommen ist Bluetooth Low Energy, das in der 4.0-Spezifikation eingeführt wurde und das gleiche Spektrum verwendet, jedoch etwas anders .

Kommunikation und Verbindung

Ein BR/EDR-Master-Bluetooth-Gerät kann mit maximal sieben Geräten in einem Piconet (einem Ad-hoc-Computernetzwerk mit Bluetooth-Technologie) kommunizieren, obwohl nicht alle Geräte dieses Maximum erreichen. Die Geräte können nach Vereinbarung die Rollen wechseln und der Slave kann zum Master werden (z. B. beginnt ein Headset, das eine Verbindung zu einem Telefon einleitet, notwendigerweise als Master - als Initiator der Verbindung -, kann jedoch später als Slave fungieren).

Die Bluetooth Core Specification sieht die Verbindung von zwei oder mehr Piconetzen zu einem Scatternet vor , in dem bestimmte Geräte gleichzeitig in einem Piconetz die Master- und in einem anderen die Slave-Rolle spielen.

Zwischen dem Master und einem anderen Gerät können jederzeit Daten übertragen werden (außer im wenig genutzten Broadcast-Modus). Der Master wählt, welches Slave-Gerät adressiert werden soll; typischerweise wechselt es schnell von einem Gerät zum anderen im Round-Robin- Verfahren. Da es der Master ist, der den zu adressierenden Slave auswählt, während ein Slave (theoretisch) in jedem Empfangsschlitz mithören soll, ist es leichter, ein Master zu sein als ein Slave. Herr von sieben Sklaven zu sein ist möglich; es ist möglich, ein Slave von mehr als einem Master zu sein. Die Spezifikation ist hinsichtlich des erforderlichen Verhaltens in Scatternets vage.

Verwendet

Reichweiten von Bluetooth-Geräten nach Klasse
Klasse max. zulässige Leistung Typ. Reichweite
(m)
(mW) ( dBm )
1 100 20 ~100
1,5 10 10 ~20
2 2.5 4 ~10
3 1 0 ~1
4 0,5 -3 ~0,5
Quelle : BT 5 Vol 6 Teil A Abschnitt 3, Bluetooth-Technologie-Website


Bluetooth ist ein Standard-Kommunikationsprotokoll zum Ersetzen von Kabeln, das in erster Linie für einen geringen Stromverbrauch entwickelt wurde, mit einer kurzen Reichweite, die auf kostengünstigen Transceiver- Mikrochips in jedem Gerät basiert . Da die Geräte ein Funk-(Rundfunk-)Kommunikationssystem verwenden, müssen sie sich nicht in Sichtverbindung befinden; jedoch muss ein quasi optischer drahtloser Weg praktikabel sein. Die Reichweite ist leistungsklassenabhängig, die effektive Reichweite variiert jedoch in der Praxis. Siehe Tabelle „Reichweiten von Bluetooth-Geräten nach Klasse“.

Offiziell haben Funkgeräte der Klasse 3 eine Reichweite von bis zu 1 Meter (3 ft), Klasse 2, am häufigsten in mobilen Geräten zu finden, 10 Meter (33 ft) und Klasse 1, hauptsächlich für industrielle Anwendungsfälle, 100 Meter (300 ft). . Bluetooth Marketing bestätigt, dass die Reichweite der Klasse 1 in den meisten Fällen 20–30 Meter (66–98 Fuß) beträgt und die Reichweite der Klasse 2 5–10 Meter (16–33 Fuß). Die tatsächliche Reichweite einer bestimmten Verbindung hängt von den Eigenschaften der Geräte an beiden Enden der Verbindung sowie von den Luftbedingungen dazwischen und anderen Faktoren ab.

Die effektive Reichweite variiert je nach Ausbreitungsbedingungen, Materialabdeckung, Produktionsmustervariationen, Antennenkonfigurationen und Batteriebedingungen. Die meisten Bluetooth-Anwendungen sind für Innenräume gedacht, wo die Dämpfung von Wänden und Signalschwund aufgrund von Signalreflexionen die Reichweite weit unter den angegebenen Sichtlinienreichweiten der Bluetooth-Produkte verringern.

Die meisten Bluetooth-Anwendungen sind batteriebetriebene Geräte der Klasse 2, mit geringen Reichweitenunterschieden, unabhängig davon, ob das andere Ende der Verbindung ein Gerät der Klasse 1 oder 2 ist, da das Gerät mit geringerer Leistung dazu neigt, die Reichweitengrenze festzulegen. In einigen Fällen kann die effektive Reichweite der Datenverbindung erweitert werden, wenn ein Gerät der Klasse 2 an einen Transceiver der Klasse 1 mit höherer Empfindlichkeit und Sendeleistung als ein typisches Gerät der Klasse 2 angeschlossen wird. Meistens weisen die Geräte der Klasse 1 jedoch eine ähnliche Empfindlichkeit wie Geräte der Klasse 2 auf. Durch den Anschluss von zwei Geräten der Klasse 1 mit hoher Empfindlichkeit und hoher Leistung können Reichweiten weit über die typischen 100 m hinaus ermöglicht werden, je nach dem von der Anwendung benötigten Durchsatz. Einige dieser Geräte ermöglichen Freifeldreichweiten von bis zu 1 km und mehr zwischen zwei ähnlichen Geräten, ohne die gesetzlichen Emissionsgrenzwerte zu überschreiten.

Die Bluetooth Core Specification schreibt eine Reichweite von nicht weniger als 10 Metern (33 ft) vor, aber es gibt keine Obergrenze für die tatsächliche Reichweite. Die Implementierungen der Hersteller können abgestimmt werden, um den für jeden Fall benötigten Bereich bereitzustellen.

Bluetooth-Profil

Um die drahtlose Bluetooth-Technologie zu verwenden, muss ein Gerät in der Lage sein, bestimmte Bluetooth-Profile zu interpretieren, die Definitionen möglicher Anwendungen sind und allgemeine Verhaltensweisen angeben, die Bluetooth-fähige Geräte verwenden, um mit anderen Bluetooth-Geräten zu kommunizieren. Diese Profile beinhalten Einstellungen zur Parametrierung und Steuerung der Kommunikation von Anfang an. Die Einhaltung von Profilen spart Zeit für die erneute Übertragung der Parameter, bevor die bidirektionale Verbindung wirksam wird. Es gibt eine Vielzahl von Bluetooth-Profilen, die viele verschiedene Arten von Anwendungen oder Anwendungsfällen für Geräte beschreiben.

Liste der Anwendungen

Ein typisches Bluetooth-Handy- Headset
  • Drahtlose Steuerung und Kommunikation zwischen einem Mobiltelefon und einem Freisprech- Headset . Dies war eine der ersten Anwendungen, die populär wurde.
  • Drahtlose Steuerung und Kommunikation zwischen einem Mobiltelefon und einem Bluetooth-kompatiblen Autoradio (und manchmal auch zwischen der SIM-Karte und dem Autotelefon ).
  • Drahtlose Kommunikation zwischen einem Smartphone und einem Smart Lock zum Entriegeln von Türen.
  • Drahtlose Steuerung und Kommunikation mit iOS- und Android-Geräten, Tablets und tragbaren drahtlosen Lautsprechern .
  • Kabelloses Bluetooth-Headset und Gegensprechanlage . Idiomatisch wird ein Headset manchmal als "Bluetooth" bezeichnet.
  • Kabelloses Audio-Streaming auf Kopfhörer mit oder ohne Kommunikationsfunktionen.
  • Kabelloses Streamen von Daten, die von Bluetooth-fähigen Fitnessgeräten gesammelt wurden, auf Telefon oder PC.
  • Drahtlose Vernetzung zwischen PCs auf engstem Raum und bei geringem Bandbreitenbedarf.
  • Drahtlose Kommunikation mit PC-Ein- und Ausgabegeräten, am häufigsten mit Maus , Tastatur und Drucker .
  • Übertragung von Dateien, Kontaktdaten, Kalenderterminen und Erinnerungen zwischen Geräten mit OBEX und Freigabeverzeichnissen per FTP .
  • Ersatz der bisherigen kabelgebundenen seriellen RS-232- Kommunikation in Testgeräten, GPS-Empfängern , medizinischen Geräten, Barcode-Scannern und Verkehrskontrollgeräten.
  • Für Steuerungen, bei denen häufig Infrarot verwendet wurde.
  • Für Anwendungen mit geringer Bandbreite, bei denen keine höhere USB- Bandbreite erforderlich ist und eine kabellose Verbindung erwünscht ist.
  • Senden kleiner Werbung von Bluetooth-fähigen Werbetafeln an andere, auffindbare Bluetooth-Geräte.
  • Drahtlose Brücke zwischen zwei Industrial Ethernet (zB PROFINET ) Netzwerken.
  • Siebte und achte Generation Spielkonsolen wie Nintendo ‚s Wii und Sony ‘ s PlayStation 3 Verwendung Bluetooth für ihre jeweiligen Wireless - Controller.
  • DFÜ-Internetzugang auf PCs oder PDAs mit einem datenfähigen Mobiltelefon als drahtloses Modem.
  • Kurzstreckenübertragung von Gesundheitssensordaten von medizinischen Geräten an Mobiltelefone, Set-Top-Boxen oder dedizierte Telemedizingeräte .
  • Ermöglichen, dass ein DECT- Telefon klingelt und Anrufe im Namen eines nahegelegenen Mobiltelefons entgegennimmt.
  • Echtzeit-Ortungssysteme (RTLS) werden verwendet, um den Standort von Objekten in Echtzeit zu verfolgen und zu identifizieren, indem "Knoten" oder "Tags" verwendet werden, die an den verfolgten Objekten angebracht oder in sie eingebettet sind, und "Lesegeräte", die das drahtlose empfangen und verarbeiten Signale von diesen Tags, um ihre Position zu bestimmen.
  • Persönliche Sicherheitsanwendung auf Mobiltelefonen zur Verhinderung von Diebstahl oder Verlust von Gegenständen. Der geschützte Gegenstand hat eine Bluetooth-Markierung (z. B. ein Etikett), die in ständiger Kommunikation mit dem Telefon steht. Wenn die Verbindung unterbrochen wird (die Markierung befindet sich außerhalb der Reichweite des Telefons), wird ein Alarm ausgelöst. Dies kann auch als Mann-über-Bord- Alarm verwendet werden. Ein Produkt mit dieser Technologie ist seit 2009 erhältlich.
  • Calgary , Alberta , Kanadas Straßenverkehrsabteilung verwendet Daten, die von den Bluetooth-Geräten von Reisenden gesammelt wurden, um Reisezeiten und Straßenstaus für Autofahrer vorherzusagen.
  • Drahtlose Audioübertragung (eine zuverlässigere Alternative zu FM-Sendern )
  • Live-Videostreaming zum visuellen Kortikalisimplantat von Nabeel Fattah an der Universität Newcastle 2017.
  • Verbindung von Motion Controllern mit einem PC bei Verwendung von VR-Headsets

Bluetooth vs. WLAN (IEEE 802.11)

Bluetooth und Wi-Fi (Wi-Fi ist der Markenname für Produkte, die IEEE 802.11- Standards verwenden) haben einige ähnliche Anwendungen: Einrichten von Netzwerken, Drucken oder Übertragen von Dateien. Verkabelung für die allgemeinen Wi-Fi ist als Ersatz für die Hochgeschwindigkeits bestimmt lokalen Netzwerk Zugang in den Arbeitsbereichen oder zu Hause. Diese Anwendungskategorie wird manchmal als drahtlose lokale Netzwerke (WLAN) bezeichnet. Bluetooth war für tragbare Geräte und deren Anwendungen gedacht. Die Kategorie der Anwendungen wird als Wireless Personal Area Network (WPAN) bezeichnet. Bluetooth ist ein Ersatz für die Verkabelung in verschiedenen persönlich getragenen Anwendungen in jeder Umgebung und funktioniert auch für ortsfeste Anwendungen wie intelligente Energiefunktionen im Haus (Thermostate usw.).

Wi-Fi und Bluetooth ergänzen sich in ihren Anwendungen und Nutzung teilweise. Wi-Fi ist normalerweise zugangspunktzentriert, mit einer asymmetrischen Client-Server-Verbindung, bei der der gesamte Datenverkehr über den Zugangspunkt geleitet wird, während Bluetooth normalerweise symmetrisch zwischen zwei Bluetooth-Geräten ist. Bluetooth eignet sich gut für einfache Anwendungen, bei denen zwei Geräte mit einer minimalen Konfiguration wie einem Tastendruck verbunden werden müssen, wie bei Headsets und Lautsprechern.

Geräte

Ein Bluetooth- USB- Dongle mit 100 m Reichweite

Bluetooth ist in zahlreichen Produkten wie Telefonen, Lautsprechern , Tablets, Mediaplayern, Robotersystemen, Laptops und Konsolenspielgeräten sowie einigen High-Definition- Headsets , Modems , Hörgeräten und sogar Uhren enthalten. Gegeben , die die Vielzahl von Geräten , die Bluetooth verwenden, gekoppelt mit der zeitgenössischen deprecation der Kopfhörer - Buchsen von Apple, Google und anderen Unternehmen, und den fehlenden Regulierung durch die FCC, ist die Technologie für Störungen anfällig. Nichtsdestotrotz ist Bluetooth nützlich, wenn Sie in Situationen mit geringer Bandbreite Informationen zwischen zwei oder mehr Geräten übertragen möchten, die sich nahe beieinander befinden. Bluetooth wird häufig verwendet, um Tondaten mit Telefonen (dh mit einem Bluetooth-Headset) oder Bytedaten mit Handheld-Computern (Übertragung von Dateien) zu übertragen.

Bluetooth-Protokolle vereinfachen die Erkennung und Einrichtung von Diensten zwischen Geräten. Bluetooth-Geräte können alle von ihnen bereitgestellten Dienste ankündigen. Dies erleichtert die Nutzung von Diensten, da mehr Sicherheit, Netzwerkadressen- und Berechtigungskonfiguration automatisiert werden kann als bei vielen anderen Netzwerktypen.

Computeranforderungen

Ein typischer Bluetooth- USB- Dongle
Eine interne Notebook-Bluetooth-Karte (14×36×4  mm)

Ein PC ohne integriertes Bluetooth kann einen Bluetooth-Adapter verwenden, der es dem PC ermöglicht, mit Bluetooth-Geräten zu kommunizieren. Während einige Desktop-Computer und die neuesten Laptops mit einem integrierten Bluetooth-Funkgerät ausgestattet sind, benötigen andere einen externen Adapter, normalerweise in Form eines kleinen USB- Dongles .

Im Gegensatz zu seinem Vorgänger IrDA , der für jedes Gerät einen separaten Adapter benötigt, ermöglicht Bluetooth die Kommunikation mehrerer Geräte mit einem Computer über einen einzigen Adapter.

Betriebssystemimplementierung

Für Microsoft- Plattformen funktionieren Windows XP Service Pack 2 und SP3 nativ mit Bluetooth v1.1, v2.0 und v2.0+EDR. In früheren Versionen mussten Benutzer die eigenen Treiber ihres Bluetooth-Adapters installieren, die von Microsoft nicht direkt unterstützt wurden. Microsofts eigene Bluetooth-Dongles (im Lieferumfang der Bluetooth-Computergeräte enthalten) haben keine externen Treiber und benötigen daher mindestens Windows XP Service Pack 2. Windows Vista RTM/SP1 mit dem Feature Pack for Wireless oder Windows Vista SP2 funktionieren mit Bluetooth v2.1+EDR . Windows 7 funktioniert mit Bluetooth v2.1+EDR und Extended Inquiry Response (EIR). Die Bluetooth-Stacks von Windows XP und Windows Vista/Windows 7 unterstützen nativ die folgenden Bluetooth-Profile: PAN, SPP, DUN , HID, HCRP. Der Windows XP-Stack kann durch einen Drittanbieter-Stack ersetzt werden, der mehr Profile oder neuere Bluetooth-Versionen unterstützt. Der Bluetooth-Stack von Windows Vista/Windows 7 unterstützt vom Hersteller bereitgestellte zusätzliche Profile, ohne dass der Microsoft-Stack ersetzt werden muss. Es wird allgemein empfohlen, den neuesten Herstellertreiber und den zugehörigen Stack zu installieren, um das Bluetooth-Gerät in vollem Umfang nutzen zu können.

Apple- Produkte arbeiten seit Mac OS  X v10.2 , das 2002 veröffentlicht wurde, mit Bluetooth .

Linux hat zwei beliebte Bluetooth-Stacks , BlueZ und Fluoride. Der BlueZ-Stack ist in den meisten Linux-Kerneln enthalten und wurde ursprünglich von Qualcomm entwickelt . Fluorid, früher als Bluedroid bekannt, ist im Android-Betriebssystem enthalten und wurde ursprünglich von Broadcom entwickelt . Es gibt auch den von Nokia entwickelten Affix-Stack . Es war einst beliebt, wurde aber seit 2005 nicht mehr aktualisiert.

FreeBSD enthält Bluetooth seit seiner Version 5.0, implementiert durch netgraph .

NetBSD hat Bluetooth seit seiner Version 4.0 integriert. Sein Bluetooth-Stack wurde ebenfalls auf OpenBSD portiert , aber OpenBSD entfernte ihn später als nicht gewartet.

DragonFly BSD verfügt seit 1.11 (2008) über die Bluetooth-Implementierung von NetBSD. Eine Netgraph- basierte Implementierung von FreeBSD war ebenfalls im Baum verfügbar, möglicherweise bis zum 15.11.2014 deaktiviert und erfordert möglicherweise mehr Arbeit.

Spezifikationen und Funktionen

Die Spezifikationen wurden von der Bluetooth Special Interest Group (SIG) formalisiert und am 20. Mai 1998 offiziell bekannt gegeben. Heute gehören ihr weltweit über 30.000 Unternehmen an. Es wurde von Ericsson , IBM , Intel , Nokia und Toshiba gegründet und später von vielen anderen Unternehmen unterstützt.

Alle Versionen der Bluetooth-Standards unterstützen die Abwärtskompatibilität . Damit deckt der neueste Standard alle älteren Versionen ab.

Die Bluetooth Core Specification Working Group (CSWG) erstellt hauptsächlich 4 Arten von Spezifikationen:

  • Der Release-Zyklus der Bluetooth Core Specification liegt in der Regel einige Jahre dazwischen
  • Core Specification Addendum (CSA), Release-Zyklus kann bis zu ein paar Mal pro Jahr eng sein
  • Core Specification Supplements (CSS), können sehr schnell veröffentlicht werden
  • Errata (Verfügbar mit einem Benutzerkonto: Errata-Login )

Bluetooth 1.0 und 1.0B

Die Versionen 1.0 und 1.0B hatten viele Probleme, und die Hersteller hatten Schwierigkeiten, ihre Produkte interoperabel zu machen. Die Versionen 1.0 und 1.0B enthielten auch eine obligatorische Übertragung der Bluetooth-Hardware-Geräteadresse (BD_ADDR) im Verbindungsprozess (wodurch Anonymität auf Protokollebene unmöglich gemacht wurde), was für bestimmte Dienste, die für die Verwendung in Bluetooth-Umgebungen geplant sind, ein schwerer Rückschlag war.

Bluetooth 1.1

  • Ratifiziert als IEEE-Standard 802.15.1–2002
  • Viele Fehler, die in den v1.0B-Spezifikationen gefunden wurden, wurden behoben.
  • Möglichkeit für unverschlüsselte Kanäle hinzugefügt.
  • Anzeige der empfangenen Signalstärke ( RSSI ).

Bluetooth 1.2

Zu den wichtigsten Verbesserungen gehören:

  • Schnellere Verbindung und Erkennung
  • Adaptives Frequenzsprung-Spreizspektrum (AFH) , das die Widerstandsfähigkeit gegenüber Funkfrequenzstörungen verbessert, indem die Verwendung von überfüllten Frequenzen in der Sprungsequenz vermieden wird.
  • In der Praxis höhere Übertragungsgeschwindigkeiten als in v1.1, bis zu 721 kbit/s.
  • Extended Synchronous Connections (eSCO), die die Sprachqualität von Audioverbindungen verbessern, indem sie die erneute Übertragung beschädigter Pakete ermöglichen und optional die Audiolatenz erhöhen, um eine bessere gleichzeitige Datenübertragung zu ermöglichen.
  • Host Controller Interface (HCI)-Betrieb mit Dreidraht- UART .
  • Ratifiziert als IEEE-Standard 802.15.1–2005
  • Einführung von Flusssteuerungs- und Neuübertragungsmodi für L2CAP.

Bluetooth 2.0 + EDR

Diese Version der Bluetooth Core Specification wurde vor 2005 veröffentlicht. Der Hauptunterschied ist die Einführung einer Enhanced Data Rate (EDR) für eine schnellere Datenübertragung . Die Bitrate von EDR beträgt 3  Mbit/s, obwohl die maximale Datenübertragungsrate (unter Berücksichtigung von Paketzeit und Bestätigungen) 2,1  Mbit/s beträgt. EDR verwendet eine Kombination aus GFSK und Phase-Shift-Keying- Modulation (PSK) mit zwei Varianten, π/4- DQPSK und 8- DPSK . EDR kann durch einen reduzierten Arbeitszyklus für einen geringeren Stromverbrauch sorgen .

Die Spezifikation wird als Bluetooth v2.0 + EDR veröffentlicht , was bedeutet, dass EDR eine optionale Funktion ist. Abgesehen von EDR enthält die v2.0-Spezifikation weitere kleinere Verbesserungen, und Produkte können die Konformität mit "Bluetooth v2.0" beanspruchen, ohne die höhere Datenrate zu unterstützen. Mindestens ein kommerzielles Gerät gibt auf seinem Datenblatt "Bluetooth v2.0 ohne EDR" an.

Bluetooth 2.1 + EDR

Die Bluetooth Core Specification Version 2.1 + EDR wurde am 26. Juli 2007 von der Bluetooth SIG verabschiedet.

Die Hauptfunktion von v2.1 ist Secure Simple Pairing (SSP): Dies verbessert das Pairing-Erlebnis für Bluetooth-Geräte und erhöht gleichzeitig die Nutzung und Stärke der Sicherheit.

Version 2.1 ermöglicht verschiedene andere Verbesserungen, einschließlich der erweiterten Anfrageantwort (EIR), die mehr Informationen während des Anfrageverfahrens bereitstellt, um eine bessere Filterung von Geräten vor der Verbindung zu ermöglichen; und Sniff Subrating, was den Stromverbrauch im Low-Power-Modus reduziert.

Bluetooth 3.0 + HS

Version 3.0 + HS der Bluetooth Core Specification wurde am 21. April 2009 von der Bluetooth SIG verabschiedet. Bluetooth v3.0 + HS bietet theoretische Datenübertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 24 Mbit/s, jedoch nicht über die Bluetooth-Verbindung selbst. Stattdessen wird die Bluetooth-Verbindung zum Aushandeln und Herstellen verwendet, und der Verkehr mit hoher Datenrate wird über eine am selben Ort angeordnete 802.11- Verbindung übertragen.

Die wichtigste neue Funktion ist AMP (Alternative MAC/PHY), die Ergänzung um 802.11 als Hochgeschwindigkeitstransport. Der Hochgeschwindigkeitsteil der Spezifikation ist nicht obligatorisch, und daher unterstützen nur Geräte mit dem "+HS"-Logo tatsächlich Bluetooth über 802.11 Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung. Ein Bluetooth v3.0-Gerät ohne das Suffix „+HS“ ist nur erforderlich, um Funktionen zu unterstützen, die in der Core Specification Version 3.0 oder einem früheren Core Specification Addendum 1 eingeführt wurden.

Erweiterte L2CAP- Modi
Der Enhanced Retransmission Mode (ERTM) implementiert einen zuverlässigen L2CAP-Kanal, während der Streaming Mode (SM) einen unzuverlässigen Kanal ohne Neuübertragung oder Flusskontrolle implementiert. Eingeführt in Anhang 1 zur Kernspezifikation.
Alternative MAC/PHY
Ermöglicht die Verwendung alternativer MAC- und PHYs zum Transportieren von Bluetooth-Profildaten. Das Bluetooth-Funkgerät wird weiterhin für die Geräteerkennung, die Erstverbindung und die Profilkonfiguration verwendet. Wenn jedoch große Datenmengen gesendet werden müssen, transportiert die schnelle Alternative MAC PHY 802.11 (typischerweise in Verbindung mit Wi-Fi) die Daten. Dies bedeutet, dass Bluetooth im Ruhezustand des Systems bewährte Low-Power-Verbindungsmodelle verwendet und das schnellere Funkgerät, wenn es große Datenmengen senden muss. AMP-Links erfordern erweiterte L2CAP-Modi.
Verbindungslose Unicast-Daten
Ermöglicht das Senden von Servicedaten, ohne einen expliziten L2CAP-Kanal einzurichten. Es ist für Anwendungen gedacht, die eine geringe Latenz zwischen Benutzeraktion und erneuter Verbindung/Übertragung von Daten erfordern. Dies ist nur für kleine Datenmengen geeignet.
Verbesserte Leistungskontrolle
Aktualisiert die Leistungssteuerungsfunktion, um die Leistungssteuerung mit offenem Regelkreis zu entfernen und auch Mehrdeutigkeiten in der Leistungssteuerung zu klären, die durch die neuen Modulationsschemata, die für EDR hinzugefügt wurden, eingeführt wurden. Die erweiterte Leistungssteuerung beseitigt die Mehrdeutigkeiten, indem das erwartete Verhalten angegeben wird. Die Funktion fügt auch eine Leistungsregelung mit geschlossenem Regelkreis hinzu, was bedeutet, dass die RSSI-Filterung beginnen kann, sobald die Antwort empfangen wird. Darüber hinaus wurde eine Anforderung "Gehe zur maximalen Leistung" eingeführt. Dies soll das Problem des Verbindungsverlusts des Headsets beheben, das normalerweise auftritt, wenn ein Benutzer sein Telefon in eine Tasche auf der gegenüberliegenden Seite des Headsets steckt.

Ultra-Breitband

Die Hochgeschwindigkeitsfunktion (AMP) von Bluetooth v3.0 war ursprünglich für UWB gedacht , aber die WiMedia Alliance, die für den Geschmack von UWB für Bluetooth verantwortliche Stelle, kündigte im März 2009 ihre Auflösung an, und schließlich wurde UWB weggelassen aus der Core v3.0-Spezifikation.

Am 16. März 2009 gab die WiMedia Alliance bekannt, dass sie Technologietransfervereinbarungen für die WiMedia Ultra-wideband (UWB)-Spezifikationen abschließt . WiMedia hat alle aktuellen und zukünftigen Spezifikationen, einschließlich der Arbeit an zukünftigen Hochgeschwindigkeits- und leistungsoptimierten Implementierungen, an die Bluetooth Special Interest Group (SIG), die Wireless USB Promoter Group und das USB Implementers Forum übertragen . Nach erfolgreichem Abschluss des Technologietransfers, des Marketings und der damit verbundenen Verwaltungsaufgaben hat die WiMedia Alliance ihren Betrieb eingestellt.

Im Oktober 2009 stellte die Bluetooth Special Interest Group die Entwicklung von UWB als Teil der alternativen MAC/PHY-Lösung Bluetooth v3.0 + HS ein. Eine kleine, aber bedeutende Anzahl ehemaliger WiMedia- Mitglieder hatte und wollte die notwendigen Vereinbarungen für die IP- Übertragung nicht unterzeichnen . 2009 war die Bluetooth SIG dabei, andere Optionen für ihre längerfristige Roadmap zu evaluieren.

Bluetooth 4.0

Die Bluetooth SIG vervollständigte die Bluetooth Core Specification Version 4.0 (genannt Bluetooth Smart) und wurde am 30. Juni 2010 angenommen. Sie umfasst die Protokolle Classic Bluetooth , Bluetooth High Speed und Bluetooth Low Energy (BLE). Bluetooth High Speed ​​basiert auf Wi-Fi und Classic Bluetooth besteht aus älteren Bluetooth-Protokollen.

Bluetooth Low Energy , früher bekannt als Wibree, ist eine Teilmenge von Bluetooth v4.0 mit einem völlig neuen Protokollstack für den schnellen Aufbau einfacher Verbindungen. Als Alternative zu den Bluetooth - Standard - Protokolle , die in Bluetooth v1.0 v3.0 eingeführt wurden, wird es bei sehr niedrigen Leistungsanwendungen dadurch angetrieben richtet Knopfzelle . Chipdesigns ermöglichen zwei Arten von Implementierungen, Dual-Mode, Single-Mode und verbesserte frühere Versionen. Die vorläufigen Namen Wibree und Bluetooth ULP (Ultra Low Power) wurden aufgegeben und der Name BLE wurde eine Zeit lang verwendet. Ende 2011 wurden die neuen Logos „Bluetooth Smart Ready“ für Hosts und „Bluetooth Smart“ für Sensoren als öffentliches Gesicht der BLE eingeführt.

Im Vergleich zu Classic Bluetooth soll Bluetooth Low Energy deutlich weniger Stromverbrauch und Kosten bei gleicher Kommunikationsreichweite bieten . In Bezug auf die Verlängerung der Akkulaufzeit von Bluetooth-Geräten stellt BLE einen signifikanten Fortschritt dar.

  • Bei einer Singlemode-Implementierung wird nur der Protokollstapel mit niedriger Energie implementiert. Dialog Semiconductor , STMicroelectronics, AMICCOM, CSR , Nordic Semiconductor und Texas Instruments haben Singlemode-Bluetooth-Low-Energy-Lösungen veröffentlicht.
  • Bei einer Dual-Mode-Implementierung ist die Bluetooth Smart-Funktionalität in einen bestehenden Classic Bluetooth-Controller integriert. Mit Stand März 2011 haben die folgenden Halbleiterunternehmen die Verfügbarkeit von Chips bekannt gegeben, die dem Standard entsprechen: Qualcomm-Atheros , CSR , Broadcom und Texas Instruments . Die konforme Architektur teilt alle vorhandenen Funk- und Funktionalitäten von Classic Bluetooth, was zu einer vernachlässigbaren Kostensteigerung im Vergleich zu Classic Bluetooth führt.

Kostenreduzierte Singlemode-Chips, die hochintegrierte und kompakte Geräte ermöglichen, verfügen über einen leichten Link Layer, der einen Betrieb im Ruhemodus mit extrem geringem Stromverbrauch, eine einfache Geräteerkennung und eine zuverlässige Punkt-zu-Mehrpunkt-Datenübertragung mit fortschrittlicher Energieeinsparung und Sicherheit bietet verschlüsselte Verbindungen zu den geringstmöglichen Kosten.

Zu den allgemeinen Verbesserungen in Version 4.0 gehören die Änderungen, die erforderlich sind, um BLE-Modi zu erleichtern, sowie die Dienste Generic Attribute Profile (GATT) und Security Manager (SM) mit AES- Verschlüsselung.

Addendum 2 zur Kernspezifikation wurde im Dezember 2011 veröffentlicht; es enthält Verbesserungen an der Audio-Host-Controller-Schnittstelle und an der High Speed ​​(802.11) Protocol Adaptation Layer.

Core Specification Addendum 3, Revision 2, hat ein Annahmedatum vom 24. Juli 2012.

Das Hauptspezifikations-Addendum 4 hat ein Annahmedatum vom 12. Februar 2013.

Bluetooth 4.1

Die Bluetooth SIG gab am 4. Dezember 2013 die formelle Annahme der Bluetooth v4.1-Spezifikation bekannt. Diese Spezifikation ist ein inkrementelles Software-Update auf die Bluetooth-Spezifikation v4.0 und kein Hardware-Update. Das Update enthält Bluetooth Core Specification Addenda (CSA 1, 2, 3 & 4) und fügt neue Funktionen hinzu, die die Benutzerfreundlichkeit verbessern. Dazu gehören eine verbesserte Koexistenz-Unterstützung für LTE, Massendatenaustauschraten – und die Unterstützung von Entwicklerinnovationen, indem es Geräten ermöglicht wird, mehrere Rollen gleichzeitig zu unterstützen.

Zu den neuen Funktionen dieser Spezifikation gehören:

  • Koexistenzsignalisierung von Mobilfunkdiensten
  • Train Nudging und Generalized Interlaced Scanning
  • Gezielte Werbung mit niedrigem Arbeitszyklus
  • L2CAP-Verbindungsorientierte und dedizierte Kanäle mit kreditbasierter Flusskontrolle
  • Dualmodus und Topologie
  • LE Link-Layer-Topologie
  • 802.11n-PAL
  • Audioarchitektur-Updates für Breitbandsprache
  • Schnelles Daten-Werbeintervall
  • Begrenzte Entdeckungszeit

Beachten Sie, dass einige Funktionen bereits vor der Veröffentlichung von v4.1 in einem Core Specification Addendum (CSA) verfügbar waren.

Bluetooth 4.2

Er wurde am 2. Dezember 2014 veröffentlicht und führt Funktionen für das Internet der Dinge ein .

Die wichtigsten Verbesserungsbereiche sind:

Ältere Bluetooth-Hardware kann 4.2-Funktionen wie die Erweiterung der Datenpaketlänge und verbesserten Datenschutz über Firmware-Updates erhalten.

Bluetooth 5

Die Bluetooth SIG hat am 6. Dezember 2016 Bluetooth 5 veröffentlicht. Seine neuen Funktionen konzentrieren sich hauptsächlich auf die neue Internet-of-Things- Technologie. Sony war die erste Bluetooth 5.0 - Unterstützung mit seiner ankündigen Xperia XZ Premium - in Februar 2017 während des Mobile World Congress 2017. Die Samsung Galaxy S8 mit Bluetooth - 5 - Unterstützung im April 2017. Im September 2017 startete das iPhone 8 , 8 Plus und iPhone X auch mit Bluetooth 5-Unterstützung gestartet. Apple hat auch Bluetooth 5 in sein neues HomePod- Angebot integriert , das am 9. Februar 2018 veröffentlicht wurde. Das Marketing senkt die Punktzahl; so dass es nur "Bluetooth 5" ist (im Gegensatz zu Bluetooth 4.0); Die Änderung dient der "Vereinfachung unseres Marketings, der effektiveren Kommunikation der Nutzernutzen und der leichteren Signalisierung bedeutender Technologie-Updates an den Markt".

Bluetooth 5 bietet für BLE Optionen, die die Geschwindigkeit (2  Mbit/s Burst) auf Kosten der Reichweite verdoppeln oder auf Kosten der Datenrate eine bis zu vierfache Reichweite bereitstellen können. Die Zunahme der Übertragungen könnte für Internet-of-Things- Geräte wichtig sein , bei denen viele Knoten im ganzen Haus verbunden sind. Bluetooth 5 erhöht die Kapazität von verbindungslosen Diensten wie der ortsbezogenen Navigation von energiesparenden Bluetooth-Verbindungen.

Die wichtigsten Verbesserungsbereiche sind:

  • Slot-Verfügbarkeitsmaske (SAM)
  • 2 Mbit/s PHY für LE
  • LE Long Range
  • Nicht verbindbare Werbung mit hohem Arbeitszyklus
  • LE-Werbeerweiterungen
  • LE-Kanalauswahl-Algorithmus #2

In CSA5 hinzugefügte Funktionen – Integriert in v5.0:

  • Höhere Ausgangsleistung

Die folgenden Funktionen wurden in dieser Version der Spezifikation entfernt:

  • Parkstatus

Bluetooth 5.1

Die Bluetooth SIG hat am 21. Januar 2019 Bluetooth 5.1 vorgestellt.

Die wichtigsten Verbesserungsbereiche sind:

  • Angle of Arrival (AoA) und Angle of Departure (AoD), die zur Ortung und Verfolgung von Geräten verwendet werden
  • Werbekanalindex
  • GATT-Caching
  • Kleinere Verbesserungen Batch 1:
    • HCI-Unterstützung für Debug-Schlüssel in LE Secure Connections
    • Aktualisierungsmechanismus für die Genauigkeit der Schlafuhr
    • ADI-Feld in den Scan-Antwortdaten
    • Interaktion zwischen QoS und Flow-Spezifikation
    • Kanalklassifizierung des Hosts für sekundäre Werbung blockieren
    • Erlauben, dass die SID in Scan-Antwortberichten angezeigt wird
    • Legen Sie das Verhalten bei Regelverstößen fest
  • Regelmäßige Übertragung der Werbesynchronisierung

Im Core Specification Addendum (CSA) 6 hinzugefügte Funktionen – Integriert in v5.1:

Die folgenden Funktionen wurden in dieser Version der Spezifikation entfernt:

  • Geräteschlüssel

Bluetooth 5.2

Am 31. Dezember 2019 hat die Bluetooth SIG die Bluetooth Core Specification Version 5.2 veröffentlicht. Die neue Spezifikation fügt neue Funktionen hinzu:

  • Enhanced Attribute Protocol (EATT), eine verbesserte Version des Attribute Protocol (ATT)
  • LE-Leistungssteuerung
  • Isochrone LE-Kanäle
  • LE Audio, das auf den neuen 5.2-Funktionen basiert. BT LE Audio wurde im Januar 2020 auf der CES von der Bluetooth SIG angekündigt . Im Vergleich zu herkömmlichem Bluetooth Audio ermöglicht Bluetooth Low Energy Audio einen geringeren Batterieverbrauch und schafft eine standardisierte Art der Audioübertragung über BT LE. Bluetooth LE Audio ermöglicht auch One-to-Many- und Many-to-One-Sendungen, sodass mehrere Empfänger von einer Quelle oder ein Empfänger für mehrere Quellen möglich sind. Es verwendet einen neuen LC3-Codec . BLE Audio wird auch Unterstützung für Hörgeräte hinzufügen.

Bluetooth 5.3

Die Bluetooth SIG hat am 13. Juli 2021 die Bluetooth Core Specification Version 5.3 veröffentlicht. Die Funktionserweiterungen von Bluetooth 5.3 sind:

  • Anschluss-Teilbewertung
  • Periodisches Werbeintervall
  • Verbesserung der Kanalklassifizierung
  • Verbesserungen bei der Kontrolle der Verschlüsselungsschlüsselgröße

Die folgenden Funktionen wurden in dieser Version der Spezifikation entfernt:

  • Alternative MAC- und PHY (AMP)-Erweiterung

Technische Information

Die Architektur

Software

Um die Kompatibilität von Bluetooth-Geräten zu erweitern, verwenden die dem Standard entsprechenden Geräte eine Schnittstelle namens HCI (Host Controller Interface) zwischen dem Host-Gerät (zB Laptop, Telefon) und dem Bluetooth-Gerät (zB Bluetooth-Headset).

High-Level-Protokolle wie SDP (Protokoll zum Auffinden anderer Bluetooth-Geräte innerhalb des Kommunikationsbereichs, das auch für die Erkennung der Funktion von Geräten in Reichweite verantwortlich ist), RFCOMM (Protokoll zum Emulieren von seriellen Portverbindungen) und TCS (Telefonie-Steuerungsprotokoll) mit dem Basisbandcontroller über das L2CAP-Protokoll (Logical Link Control and Adaptation Protocol) interagieren. Das L2CAP-Protokoll ist für die Segmentierung und Reassemblierung der Pakete verantwortlich.

Hardware

Die Hardware, aus der das Bluetooth-Gerät besteht, besteht logischerweise aus zwei Teilen; die physisch getrennt sein können oder nicht. Ein Funkgerät, das für die Modulation und Übertragung des Signals verantwortlich ist; und eine digitale Steuerung. Der digitale Controller ist wahrscheinlich eine CPU, deren eine Funktion darin besteht, einen Link-Controller zu betreiben; und Schnittstellen mit dem Host-Gerät; einige Funktionen können jedoch an Hardware delegiert werden. Der Link Controller ist für die Verarbeitung des Basisbands und die Verwaltung von ARQ- und Physical-Layer-FEC-Protokollen verantwortlich. Darüber hinaus übernimmt es die Übertragungsfunktionen (sowohl asynchron als auch synchron), die Audiocodierung (zB SBC (Codec) ) und die Datenverschlüsselung. Die CPU des Geräts ist dafür verantwortlich, die Anweisungen in Bezug auf Bluetooth des Host-Geräts zu befolgen, um dessen Betrieb zu vereinfachen. Dazu führt die CPU eine Software namens Link Manager aus, die die Funktion hat, mit anderen Geräten über das LMP-Protokoll zu kommunizieren.

Ein Bluetooth-Gerät ist ein drahtloses Gerät mit kurzer Reichweite . Bluetooth - Geräte werden hergestellt auf RF - CMOS - integrierten Schaltkreis ( HF - Schaltung ) -Chips.

Bluetooth-Protokollstapel

Bluetooth-Protokollstapel

Bluetooth ist als eine Schichtprotokollarchitektur definiert, die aus Kernprotokollen, Kabelersatzprotokollen, Telefoniesteuerungsprotokollen und übernommenen Protokollen besteht. Obligatorische Protokolle für alle Bluetooth-Stacks sind LMP, L2CAP und SDP. Darüber hinaus können Geräte, die mit Bluetooth kommunizieren, fast universell diese Protokolle verwenden: HCI und RFCOMM.

Link-Manager

Der Link Manager (LM) ist das System, das den Verbindungsaufbau zwischen Geräten verwaltet. Er ist für den Aufbau, die Authentifizierung und die Konfiguration der Verbindung verantwortlich. Der Link Manager lokalisiert andere Manager und kommuniziert mit ihnen über das Verwaltungsprotokoll des LMP-Links. Zur Erfüllung seiner Funktion als Dienstanbieter nutzt der LM die im Link Controller (LC) enthaltenen Dienste. Das Link Manager Protocol besteht grundsätzlich aus mehreren PDUs (Protocol Data Units), die von einem Gerät zum anderen gesendet werden. Im Folgenden finden Sie eine Liste der unterstützten Dienste:

  • Senden und Empfangen von Daten.
  • Namensanfrage
  • Abfrage der Linkadressen.
  • Herstellen der Verbindung.
  • Authentifizierung.
  • Aushandlung des Verbindungsmodus und des Verbindungsaufbaus.

Host-Controller-Schnittstelle

Die Host-Controller-Schnittstelle stellt eine Befehlsschnittstelle für den Controller und für den Link-Manager bereit, die den Zugriff auf die Hardware-Status- und Steuerregister ermöglicht. Diese Schnittstelle bietet eine Zugriffsschicht für alle Bluetooth-Geräte. Die HCI-Schicht der Maschine tauscht Befehle und Daten mit der im Bluetooth-Gerät vorhandenen HCI-Firmware aus. Eine der wichtigsten HCI-Aufgaben, die durchgeführt werden muss, ist die automatische Erkennung anderer Bluetooth-Geräte, die sich innerhalb des Abdeckungsradius befinden.

Logical Link Control and Adaptation Protocol

Das Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) wird verwendet, um mehrere logische Verbindungen zwischen zwei Geräten unter Verwendung unterschiedlicher Protokolle höherer Ebene zu multiplexen. Bietet Segmentierung und Reassemblierung von On-Air-Paketen.

Im Basic- Modus stellt L2CAP Pakete mit einer bis zu 64 kB konfigurierbaren Nutzlast bereit, mit 672 Byte als Standard- MTU und 48 Byte als minimal unterstützter MTU.

In Retransmission und Flow Control - Modus kann entweder L2CAP für isochrone Daten oder zuverlässige Daten pro Kanal durch Ausführen Neuübertragungen und CRC - Prüfungen konfiguriert werden.

Bluetooth Core Specification Addendum 1 fügt der Core-Spezifikation zwei zusätzliche L2CAP-Modi hinzu. Diese Modi verwerfen effektiv die ursprünglichen Modi für Neuübertragung und Flusskontrolle:

Enhanced Retransmission Mode (ERTM)
Dieser Modus ist eine verbesserte Version des ursprünglichen Neuübertragungsmodus. Dieser Modus bietet einen zuverlässigen L2CAP-Kanal.
Streaming-Modus (SM)
Dies ist ein sehr einfacher Modus ohne erneute Übertragung oder Flusskontrolle. Dieser Modus bietet einen unzuverlässigen L2CAP-Kanal.

Die Zuverlässigkeit in jedem dieser Modi wird optional und/oder zusätzlich durch die Bluetooth-BDR/EDR-Luftschnittstelle der unteren Schicht durch Konfigurieren der Anzahl von Neuübertragungen und des Flush-Timeouts (Zeit, nach der das Funkgerät Pakete spült) garantiert. Die Sequenzierung in der richtigen Reihenfolge wird durch die untere Schicht gewährleistet.

Über AMP Logical Links dürfen nur in ERTM oder SM konfigurierte L2CAP-Kanäle betrieben werden.

Service Discovery-Protokoll

Das Service Discovery Protocol (SDP) ermöglicht einem Gerät, von anderen Geräten angebotene Dienste und deren zugehörige Parameter zu entdecken. Wenn Sie beispielsweise ein Mobiltelefon mit einem Bluetooth-Headset verwenden, verwendet das Telefon SDP, um zu bestimmen, welche Bluetooth-Profile das Headset verwenden kann (Headset-Profil, Hands Free Profile (HFP), Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) usw.) und die Protokoll-Multiplexer-Einstellungen, die erforderlich sind, damit das Telefon mit jedem von ihnen eine Verbindung zum Headset herstellen kann. Jeder Dienst wird durch einen Universally Unique Identifier (UUID) identifiziert , wobei offiziellen Diensten (Bluetooth-Profilen) eine Kurzform-UUID (16 Bit statt der vollen 128) zugewiesen wird.

Hochfrequenzkommunikation

Radio Frequency Communications (RFCOMM) ist ein Kabelersatzprotokoll, das zum Generieren eines virtuellen seriellen Datenstroms verwendet wird. RFCOMM sorgt für binären Datentransport und emuliert EIA-232 (früher RS-232) Steuersignale über die Bluetooth-Basisbandschicht, dh es handelt sich um eine serielle Port-Emulation.

RFCOMM bietet dem Benutzer einen einfachen, zuverlässigen Datenstrom, ähnlich wie bei TCP. Es wird direkt von vielen telefoniebezogenen Profilen als Träger für AT-Befehle sowie als Transportschicht für OBEX über Bluetooth verwendet.

Viele Bluetooth-Anwendungen verwenden RFCOMM aufgrund seiner weit verbreiteten Unterstützung und der öffentlich verfügbaren API auf den meisten Betriebssystemen. Darüber hinaus können Anwendungen, die einen seriellen Port zur Kommunikation verwendet haben, schnell auf RFCOMM portiert werden.

Bluetooth-Netzwerkkapselungsprotokoll

Das Bluetooth Network Encapsulation Protocol (BNEP) wird verwendet, um die Daten eines anderen Protokollstapels über einen L2CAP-Kanal zu übertragen. Sein Hauptzweck ist die Übertragung von IP-Paketen im Personal Area Networking Profile. BNEP führt eine ähnliche Funktion wie SNAP in Wireless LAN aus.

Audio/Video Control Transport Protocol

Das Audio/Video Control Transport Protocol (AVCTP) wird vom Fernsteuerungsprofil verwendet, um AV/C-Befehle über einen L2CAP-Kanal zu übertragen. Die Musiksteuerungstasten eines Stereo-Headsets verwenden dieses Protokoll zur Steuerung des Musikplayers.

Transportprotokoll für die Audio-/Videoverteilung

Das Audio/Video Distribution Transport Protocol (AVDTP) wird vom Advanced Audio Distribution ( A2DP )-Profil verwendet, um Musik an Stereo-Headsets über einen L2CAP- Kanal zu streamen, der für das Videoverteilungsprofil in der Bluetooth-Übertragung vorgesehen ist.

Telefonie-Steuerungsprotokoll

Das Telephony Control Protocol  – Binary (TCS BIN) ist das bitorientierte Protokoll, das die Anrufsteuerungssignalisierung für den Aufbau von Sprach- und Datengesprächen zwischen Bluetooth-Geräten definiert. Darüber hinaus "definiert TCS BIN Mobilitätsmanagementverfahren für die Handhabung von Gruppen von Bluetooth-TCS-Geräten."

TCS-BIN wird nur vom Schnurlostelefonie-Profil verwendet, das keine Implementierer anzieht. Als solches ist es nur von historischem Interesse.

Angenommene Protokolle

Angenommene Protokolle werden von anderen normgebenden Organisationen definiert und in den Protokollstapel von Bluetooth integriert, sodass Bluetooth Protokolle nur bei Bedarf codieren kann. Die angenommenen Protokolle umfassen:

Punkt-zu-Punkt-Protokoll (PPP)
Internet-Standardprotokoll zum Transport von IP-Datagrammen über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung.
TCP/IP /UDP
Foundation Protocols für die TCP/IP-Protokollsuite
Objektaustauschprotokoll (OBEX)
Session-Layer-Protokoll für den Austausch von Objekten, das ein Modell für die Objekt- und Operationsdarstellung bietet
Drahtlose Anwendungsumgebung/Drahtloses Anwendungsprotokoll (WAE/WAP)
WAE spezifiziert ein Anwendungsframework für drahtlose Geräte und WAP ist ein offener Standard, um mobilen Benutzern den Zugang zu Telefonie- und Informationsdiensten zu ermöglichen.

Basisband-Fehlerkorrektur

Je nach Pakettyp können einzelne Pakete durch Fehlerkorrektur geschützt werden , entweder 1/3 Rate Forward Error Correction (FEC) oder 2/3 Rate. Darüber hinaus werden Pakete mit CRC erneut übertragen, bis sie durch eine automatische Wiederholungsanforderung (ARQ) bestätigt werden.

Verbindungen einrichten

Jedes Bluetooth-Gerät im erkennbaren Modus überträgt bei Bedarf die folgenden Informationen:

  • Gerätename
  • Geräteklasse
  • Liste der Dienste
  • Technische Informationen (zum Beispiel: Geräteeigenschaften, Hersteller, verwendete Bluetooth-Spezifikation, Taktversatz)

Jedes Gerät kann eine Anfrage durchführen, um andere Geräte zu finden, mit denen eine Verbindung hergestellt werden kann, und jedes Gerät kann so konfiguriert werden, dass es auf solche Anfragen reagiert. Wenn das Gerät, das eine Verbindung herstellen möchte, jedoch die Adresse des Geräts kennt, antwortet es immer auf direkte Verbindungsanfragen und überträgt auf Anfrage die in der obigen Liste angezeigten Informationen. Die Nutzung der Dienste eines Geräts erfordert möglicherweise das Pairing oder die Annahme durch den Besitzer, aber die Verbindung selbst kann von jedem Gerät initiiert und gehalten werden, bis es die Reichweite verlässt. Einige Geräte können jeweils nur mit einem Gerät verbunden sein, und eine Verbindung mit ihnen verhindert, dass sie sich mit anderen Geräten verbinden und in Anfragen erscheinen, bis sie die Verbindung mit dem anderen Gerät trennen.

Jedes Gerät hat eine eindeutige 48-Bit-Adresse . Diese Adressen werden jedoch in der Regel bei Anfragen nicht angezeigt. Stattdessen werden benutzerfreundliche Bluetooth-Namen verwendet, die vom Benutzer festgelegt werden können. Dieser Name wird angezeigt, wenn ein anderer Benutzer nach Geräten sucht, und in Listen mit gekoppelten Geräten.

Bei den meisten Mobiltelefonen ist der Bluetooth-Name standardmäßig auf den Hersteller und das Modell des Telefons eingestellt. Die meisten Mobiltelefone und Laptops zeigen nur die Bluetooth-Namen und spezielle Programme sind erforderlich, um zusätzliche Informationen über entfernte Geräte zu erhalten. Dies kann verwirrend sein, da sich beispielsweise mehrere Mobiltelefone namens T610 in Reichweite befinden könnten (siehe Bluejacking ).

Pairing und Bonding

Motivation

Viele über Bluetooth angebotene Dienste können private Daten preisgeben oder einem Verbindungspartner die Kontrolle über das Bluetooth-Gerät ermöglichen. Aus Sicherheitsgründen ist es erforderlich, bestimmte Geräte zu erkennen und somit die Kontrolle darüber zu ermöglichen, welche Geräte sich mit einem bestimmten Bluetooth-Gerät verbinden können. Gleichzeitig ist es für Bluetooth-Geräte sinnvoll, ohne Benutzereingriff (z. B. sobald in Reichweite) eine Verbindung aufbauen zu können.

Um diesen Konflikt zu lösen, verwendet Bluetooth einen Prozess namens Bonding , und eine Bindung wird durch einen Prozess namens Pairing erzeugt . Der Pairing-Vorgang wird entweder durch eine spezifische Anfrage eines Benutzers ausgelöst, eine Bindung zu generieren (z ) ist die Identität eines Geräts aus Sicherheitsgründen erforderlich. Diese beiden Fälle werden als dediziertes Bonden bzw. allgemeines Bonden bezeichnet.

Das Pairing erfordert oft ein gewisses Maß an Benutzerinteraktion. Diese Benutzerinteraktion bestätigt die Identität der Geräte. Wenn das Pairing abgeschlossen ist, bildet sich eine Verbindung zwischen den beiden Geräten, die es diesen beiden Geräten ermöglicht, sich in Zukunft zu verbinden, ohne den Pairing-Prozess zu wiederholen, um die Geräteidentität zu bestätigen. Auf Wunsch kann der Benutzer die Bindungsbeziehung entfernen.

Implementierung

Während des Pairings stellen die beiden Geräte eine Beziehung her, indem sie ein gemeinsames Geheimnis erstellen, das als Link-Schlüssel bekannt ist . Wenn beide Geräte denselben Link-Schlüssel speichern, werden sie als gepaart oder verbunden bezeichnet . Ein Gerät, das nur mit einem verbundenen Gerät kommunizieren möchte, kann die Identität des anderen Geräts kryptografisch authentifizieren , um sicherzustellen, dass es sich um dasselbe Gerät handelt, mit dem es zuvor gekoppelt wurde. Sobald ein Linkschlüssel generiert wurde, kann eine authentifizierte Asynchronous Connection-Less (ACL)-Verbindung zwischen den Geräten verschlüsselt werden , um die ausgetauschten Daten vor Abhören zu schützen . Benutzer können Linkschlüssel von jedem Gerät löschen, wodurch die Verbindung zwischen den Geräten aufgehoben wird. Es ist also möglich, dass ein Gerät einen gespeicherten Linkschlüssel für ein Gerät hat, mit dem es nicht mehr gekoppelt ist.

Bluetooth-Dienste erfordern im Allgemeinen entweder Verschlüsselung oder Authentifizierung und erfordern daher eine Kopplung, bevor sie eine Verbindung zu einem entfernten Gerät zulassen. Einige Dienste, wie z. B. das Object Push-Profil, verlangen keine explizite Authentifizierung oder Verschlüsselung, damit die Kopplung die Benutzererfahrung im Zusammenhang mit den Dienstanwendungsfällen nicht beeinträchtigt.

Pairing-Mechanismen

Die Kopplungsmechanismen haben sich mit der Einführung von Secure Simple Pairing in Bluetooth v2.1 erheblich geändert. Im Folgenden sind die Paarungsmechanismen zusammengefasst:

  • Legacy-Pairing : Dies ist die einzige Methode, die in Bluetooth v2.0 und früher verfügbar ist. Jedes Gerät muss einen PIN-Code eingeben ; Das Pairing ist nur erfolgreich, wenn beide Geräte denselben PIN-Code eingeben. Als PIN-Code kann jeder 16-Byte-UTF-8-String verwendet werden; möglicherweise können jedoch nicht alle Geräte alle möglichen PIN-Codes eingeben.
    • Eingeschränkte Eingabegeräte : Das offensichtliche Beispiel für diese Geräteklasse ist ein Bluetooth-Freisprech-Headset, das in der Regel über wenige Eingaben verfügt. Diese Geräte haben in der Regel eine feste PIN , zum Beispiel "0000" oder "1234", die im Gerät fest eincodiert ist.
    • Numerische Eingabegeräte : Mobiltelefone sind klassische Beispiele für diese Geräte. Sie ermöglichen einem Benutzer, einen numerischen Wert mit einer Länge von bis zu 16 Stellen einzugeben.
    • Alphanumerische Eingabegeräte : PCs und Smartphones sind Beispiele für diese Geräte. Sie ermöglichen einem Benutzer, vollständigen UTF-8-Text als PIN-Code einzugeben. Beim Koppeln mit einem weniger leistungsfähigen Gerät muss sich der Benutzer der Eingabebeschränkungen auf dem anderen Gerät bewusst sein; Es gibt keinen Mechanismus, der für ein fähiges Gerät verfügbar ist, um zu bestimmen, wie es die verfügbaren Eingaben begrenzen soll, die ein Benutzer verwenden kann.
  • Secure Simple Pairing (SSP): Dies ist für Bluetooth v2.1 erforderlich, obwohl ein Bluetooth v2.1-Gerät möglicherweise nur Legacy-Pairing verwendet, um mit einem v2.0 oder früheren Gerät zu interagieren. Secure Simple Pairing verwendet eine Form der Public-Key-Kryptografie , und einige Typen können zum Schutz vor Man-in-the- Middle- oder MITM-Angriffen beitragen . SSP verfügt über die folgenden Authentifizierungsmechanismen:
    • Einfach funktioniert : Wie der Name schon sagt, funktioniert diese Methode einfach ohne Benutzerinteraktion. Ein Gerät kann den Benutzer jedoch auffordern, den Kopplungsvorgang zu bestätigen. Diese Methode wird normalerweise von Headsets mit minimalen E/A-Fähigkeiten verwendet und ist sicherer als der feste PIN-Mechanismus, den diese begrenzte Gerätegruppe für das Legacy-Pairing verwendet. Diese Methode bietet keinen Man-in-the-Middle-(MITM-)Schutz.
    • Numerischer Vergleich : Wenn beide Geräte über ein Display verfügen und mindestens eines eine binäre Ja/Nein-Benutzereingabe akzeptieren kann, können sie den Numerischen Vergleich verwenden. Bei dieser Methode wird auf jedem Gerät ein 6-stelliger numerischer Code angezeigt. Der Benutzer sollte die Zahlen vergleichen, um sicherzustellen, dass sie identisch sind. Wenn der Vergleich erfolgreich ist, sollten die Benutzer das Pairing auf dem Gerät oder den Geräten bestätigen, die eine Eingabe akzeptieren können. Diese Methode bietet MITM-Schutz, vorausgesetzt, der Benutzer bestätigt auf beiden Geräten und führt den Vergleich tatsächlich richtig durch.
    • Passkey-Eingabe : Diese Methode kann zwischen einem Gerät mit Display und einem Gerät mit numerischer Tastatureingabe (z. B. einer Tastatur) oder zwei Geräten mit numerischer Tastatureingabe verwendet werden. Im ersten Fall zeigt das Display dem Benutzer einen 6-stelligen Zahlencode an, der dann den Code über die Tastatur eingibt. Im zweiten Fall gibt der Benutzer jedes Geräts dieselbe 6-stellige Nummer ein. Beide Fälle bieten MITM-Schutz.
    • Out-of-Band (OOB): Diese Methode verwendet ein externes Kommunikationsmittel, wie z. B. die Nahfeldkommunikation (NFC), um einige Informationen auszutauschen, die beim Pairing-Prozess verwendet werden. Das Pairing wird über das Bluetooth-Funkgerät abgeschlossen, erfordert jedoch Informationen vom OOB-Mechanismus. Dies bietet nur die Ebene des MITM-Schutzes, die im OOB-Mechanismus vorhanden ist.

SSP wird aus folgenden Gründen als einfach angesehen:

  • In den meisten Fällen ist es nicht erforderlich, dass ein Benutzer einen Hauptschlüssel generiert.
  • Für Anwendungsfälle, die keinen MITM-Schutz erfordern, kann die Benutzerinteraktion eliminiert werden.
  • Für den numerischen Vergleich kann der MITM-Schutz durch einen einfachen Gleichheitsvergleich durch den Benutzer erreicht werden.
  • Die Verwendung von OOB mit NFC ermöglicht das Pairing, wenn sich Geräte einfach nähern, anstatt einen langwierigen Erkennungsprozess zu erfordern.

Sicherheitsbedenken

Vor Bluetooth v2.1 ist die Verschlüsselung nicht erforderlich und kann jederzeit deaktiviert werden. Darüber hinaus ist der Verschlüsselungsschlüssel nur ungefähr 23,5 Stunden lang gültig; Die Verwendung eines einzelnen Verschlüsselungsschlüssels, der länger als diese Zeit ist, ermöglicht einfachen XOR-Angriffen , den Verschlüsselungsschlüssel abzurufen.

  • Das Deaktivieren der Verschlüsselung ist für mehrere normale Vorgänge erforderlich, daher ist es problematisch zu erkennen, ob die Verschlüsselung aus einem triftigen Grund oder einem Sicherheitsangriff deaktiviert wurde.

Bluetooth v2.1 behebt dies auf folgende Weise:

  • Für alle Nicht-SDP-Verbindungen (Service Discovery Protocol) ist eine Verschlüsselung erforderlich
  • Eine neue Funktion zum Anhalten und Wiederaufnehmen der Verschlüsselung wird für alle normalen Vorgänge verwendet, die eine Deaktivierung der Verschlüsselung erfordern. Dies ermöglicht eine einfache Identifizierung des Normalbetriebs von Sicherheitsangriffen.
  • Der Verschlüsselungsschlüssel muss aktualisiert werden, bevor er abläuft.

Linkschlüssel können im Dateisystem des Geräts gespeichert werden, nicht auf dem Bluetooth-Chip selbst. Viele Hersteller von Bluetooth-Chips lassen Linkschlüssel auf dem Gerät speichern. Wenn das Gerät jedoch abnehmbar ist, bedeutet dies, dass sich der Linkschlüssel mit dem Gerät bewegt.

Sicherheit

Überblick

Bluetooth implementiert Vertraulichkeit , Authentifizierung und Schlüsselableitung mit benutzerdefinierten Algorithmen basierend auf der SAFER+ Blockchiffre . Die Bluetooth-Schlüsselgenerierung basiert in der Regel auf einer Bluetooth-PIN, die in beide Geräte eingegeben werden muss. Dieses Verfahren kann modifiziert werden, wenn eines der Geräte eine feste PIN hat (zB für Headsets oder ähnliche Geräte mit eingeschränkter Benutzeroberfläche). Während des Pairings wird ein Initialisierungsschlüssel oder Hauptschlüssel unter Verwendung des E22-Algorithmus generiert. Die E0- Stromchiffre wird zum Verschlüsseln von Paketen verwendet, um Vertraulichkeit zu gewähren, und basiert auf einem gemeinsamen kryptografischen Geheimnis, nämlich einem zuvor generierten Verbindungsschlüssel oder Hauptschlüssel. Diese Schlüssel, die zur späteren Verschlüsselung der über die Luftschnittstelle gesendeten Daten verwendet werden, basieren auf der Bluetooth-PIN, die in einem oder beiden Geräten eingegeben wurde.

Eine Übersicht über die Exploits von Bluetooth-Schwachstellen wurde 2007 von Andreas Becker veröffentlicht.

Im September 2008 veröffentlichte das National Institute of Standards and Technology (NIST) einen Leitfaden zur Bluetooth-Sicherheit als Referenz für Organisationen. Es beschreibt Bluetooth-Sicherheitsfunktionen und wie man Bluetooth-Technologien effektiv schützt. Obwohl Bluetooth seine Vorteile hat, ist es anfällig für Denial-of-Service-Angriffe, Lauschangriffe, Man-in-the-Middle-Angriffe, Nachrichtenänderung und Ressourcenmissbrauch. Benutzer und Organisationen müssen ihr akzeptables Risikoniveau bewerten und die Sicherheit in den Lebenszyklus von Bluetooth-Geräten einbeziehen. Um Risiken zu minimieren, enthält das NIST-Dokument Sicherheitschecklisten mit Richtlinien und Empfehlungen für die Erstellung und Wartung sicherer Bluetooth-Piconets, Headsets und Smartcard-Lesegeräte.

Bluetooth v2.1 – finalisiert im Jahr 2007 mit Consumer-Geräten, die erstmals 2009 auf den Markt kamen – führt zu erheblichen Änderungen der Sicherheit von Bluetooth, einschließlich der Kopplung. Weitere Informationen zu diesen Änderungen finden Sie im Abschnitt Kopplungsmechanismen .

Bluejacking

Bluejacking ist das Senden eines Bildes oder einer Nachricht von einem Benutzer an einen ahnungslosen Benutzer über die drahtlose Bluetooth-Technologie. Zu den üblichen Anwendungen gehören Kurznachrichten, zB "Du wurdest gerade auf den Kopf gestellt!" Bluejacking beinhaltet nicht das Entfernen oder Ändern von Daten vom Gerät. Bluejacking kann auch beinhalten, dass Sie drahtlos die Kontrolle über ein mobiles Gerät übernehmen und eine Premium-Tarifleitung anrufen, die dem Bluejacker gehört. Sicherheitsvorkehrungen haben dieses Problem gemildert.

Geschichte der Sicherheitsbedenken

2001–2004

2001 entdeckten Jakobsson und Wetzel von den Bell Laboratories Fehler im Bluetooth-Pairing-Protokoll und wiesen auch auf Schwachstellen im Verschlüsselungsschema hin. Im Jahr 2003 entdeckten Ben und Adam Laurie von AL Digital Ltd., dass schwerwiegende Mängel in einigen mangelhaften Implementierungen der Bluetooth-Sicherheit zur Offenlegung personenbezogener Daten führen können. In einem anschließenden Experiment konnte Martin Herfurt von der trifinite.group in einem Feldversuch auf dem CeBIT- Gelände die Bedeutung des Problems für die Welt aufzeigen . Für dieses Experiment wurde ein neuer Angriff namens BlueBug verwendet. Im Jahr 2004 erschien der erste angebliche Virus, der sich über Bluetooth auf Mobiltelefonen verbreitete, auf dem Symbian-Betriebssystem . Der Virus wurde erstmals von Kaspersky Lab beschrieben und erfordert, dass Benutzer die Installation unbekannter Software bestätigen, bevor er sich ausbreiten kann. Der Virus wurde als Proof-of-Concept von einer Gruppe von Virenschreibern namens "29A" geschrieben und an Antivirengruppen gesendet. Daher sollte es als potenzielle (aber nicht wirkliche) Sicherheitsbedrohung für die Bluetooth-Technologie oder Symbian OS angesehen werden, da sich der Virus nie außerhalb dieses Systems verbreitet hat. Im August 2004 zeigte ein Weltrekordversuch (siehe auch Bluetooth-Sniping ), dass die Reichweite von Bluetooth-Funkgeräten der Klasse 2 mit Richtantennen und Signalverstärkern auf 1,78 km (1,11 mi) erweitert werden konnte. Dies stellt eine potenzielle Sicherheitsbedrohung dar, da es Angreifern ermöglicht, aus einer unerwarteten Entfernung auf anfällige Bluetooth-Geräte zuzugreifen. Außerdem muss der Angreifer in der Lage sein, Informationen vom Opfer zu erhalten, um eine Verbindung aufzubauen. Ein Angriff gegen ein Bluetooth-Gerät ist nur möglich, wenn der Angreifer seine Bluetooth-Adresse und die zu übertragenden Kanäle kennt, die jedoch bei Verwendung des Geräts innerhalb weniger Minuten ermittelt werden können.

2005

Im Januar 2005 tauchte ein mobiler Malware- Wurm namens Lasco auf. Der Wurm zielte auf Mobiltelefone mit Symbian OS ( Serie 60-Plattform ) ab und nutzte Bluetooth-fähige Geräte, um sich selbst zu replizieren und sich auf andere Geräte auszubreiten. Der Wurm installiert sich selbst und beginnt, sobald der mobile Benutzer die Übertragung der Datei (Velasco.sis) von einem anderen Gerät genehmigt. Nach der Installation sucht der Wurm nach anderen Bluetooth-fähigen Geräten, die er infizieren kann. Darüber hinaus infiziert der Wurm andere .SIS-  Dateien auf dem Gerät und ermöglicht die Replikation auf ein anderes Gerät mithilfe von Wechselmedien ( Secure Digital , CompactFlash usw.). Der Wurm kann das Mobilgerät instabil machen.

Im April 2005 veröffentlichten Sicherheitsforscher der Universität Cambridge Ergebnisse ihrer tatsächlichen Umsetzung passiver Angriffe gegen die PIN-basierte Kopplung zwischen kommerziellen Bluetooth-Geräten. Sie bestätigten, dass Angriffe praktisch schnell sind und die Methode zur Einrichtung von symmetrischen Bluetooth-Schlüsseln angreifbar ist. Um diese Schwachstelle zu beheben, entwarfen sie eine Implementierung, die zeigte, dass eine stärkere, asymmetrische Schlüsseleinrichtung für bestimmte Geräteklassen wie Mobiltelefone möglich ist.

Im Juni 2005 veröffentlichten Yaniv Shaked und Avishai Wool ein Papier, in dem sowohl passive als auch aktive Methoden zum Erhalten der PIN für eine Bluetooth-Verbindung beschrieben wurden. Der passive Angriff ermöglicht es einem entsprechend ausgerüsteten Angreifer, die Kommunikation zu belauschen und zu fälschen, wenn der Angreifer zum Zeitpunkt der ersten Paarung anwesend war. Die aktive Methode verwendet eine speziell konstruierte Nachricht, die an einer bestimmten Stelle im Protokoll eingefügt werden muss, damit Master und Slave den Paarungsvorgang wiederholen. Danach kann mit der ersten Methode die PIN geknackt werden. Die Hauptschwäche dieses Angriffs besteht darin, dass der Benutzer der angegriffenen Geräte während des Angriffs die PIN erneut eingeben muss, wenn das Gerät ihn dazu auffordert. Außerdem erfordert dieser aktive Angriff wahrscheinlich kundenspezifische Hardware, da die meisten kommerziell erhältlichen Bluetooth-Geräte nicht in der Lage sind, das erforderliche Timing durchzuführen.

Im August 2005 warnte die Polizei in Cambridgeshire , England, vor Dieben, die Bluetooth-fähige Telefone verwenden, um andere in Autos zurückgelassene Geräte aufzuspüren. Die Polizei rät Nutzern, dafür zu sorgen, dass alle mobilen Netzwerkverbindungen deaktiviert werden, wenn Laptops und andere Geräte auf diese Weise zurückgelassen werden.

2006

Im April 2006 veröffentlichten Forscher von Secure Network und F-Secure einen Bericht, der vor der großen Anzahl von Geräten warnt, die in einem sichtbaren Zustand verbleiben, und Statistiken über die Verbreitung verschiedener Bluetooth-Dienste und die Leichtigkeit der Verbreitung eines eventuellen Bluetooth-Wurms veröffentlicht.

Im Oktober 2006 demonstrierten und veröffentlichten Kevin Finistere und Thierry Zoller auf der luxemburgischen Hack.lu-Sicherheitskonferenz eine Remote-Root-Shell über Bluetooth auf Mac OS X 10.3.9 und 10.4. Sie demonstrierten auch den ersten Bluetooth-PIN- und Linkkeys-Cracker, der auf den Forschungen von Wool and Shaked basiert.

2017

Im April 2017 entdeckten Sicherheitsforscher von Armis mehrere Exploits in der Bluetooth-Software auf verschiedenen Plattformen, darunter Microsoft Windows , Linux , Apple iOS und Google Android . Diese Schwachstellen werden zusammenfassend als „ BlueBorne “ bezeichnet. Die Exploits ermöglichen es einem Angreifer, sich ohne Authentifizierung mit Geräten oder Systemen zu verbinden und können ihm "praktisch die volle Kontrolle über das Gerät" geben. Armis kontaktierte Google-, Microsoft-, Apple-, Samsung- und Linux-Entwickler, damit sie ihre Software vor der koordinierten Bekanntgabe der Sicherheitslücken am 12. September 2017 patchen können.

2018

Im Juli 2018 identifizierten Forscher des Technion – Israel Institute of Technology eine Sicherheitslücke in den neuesten Bluetooth-Pairing-Verfahren: Secure Simple Pairing und LE Secure Connections.

Im Oktober 2018 identifizierte Karim Lounis, ein Netzwerksicherheitsforscher an der Queen's University, eine Sicherheitslücke namens CDV (Connection Dumping Vulnerability) auf verschiedenen Bluetooth-Geräten, die es einem Angreifer ermöglicht, eine bestehende Bluetooth-Verbindung abzubauen und die Deauthentifizierung zu verursachen Abschaltung der beteiligten Geräte. Der Forscher demonstrierte den Angriff auf verschiedene Geräte unterschiedlicher Kategorien und von unterschiedlichen Herstellern.

2019

Im August 2019 entdeckten Sicherheitsforscher der Singapore University of Technology and Design , des Helmholtz Center for Information Security und der University of Oxford eine Schwachstelle in der Schlüsselaushandlung, die "die ausgehandelten Verschlüsselungsschlüssel durch Brute-Force-Angriffe entschlüsseln, den abgehörten Geheimtext entschlüsseln und valide einschleusen" würde verschlüsselte Nachrichten (in Echtzeit)".

Gesundheitliche Bedenken

Bluetooth verwendet das Funkfrequenzspektrum im Bereich von 2,402  GHz bis 2,480  GHz, bei dem es sich um nichtionisierende Strahlung mit einer ähnlichen Bandbreite wie bei drahtlosen und Mobiltelefonen handelt. Es wurde kein spezifischer Schaden nachgewiesen, obwohl die drahtlose Übertragung von der IARC in die Liste der möglichen Karzinogene aufgenommen wurde. Die maximale Ausgangsleistung eines Bluetooth-Funkgeräts beträgt 100 mW für Klasse 1, 2,5 mW für Klasse 2 und 1 mW für Klasse 3-Geräte. Selbst die maximale Leistungsabgabe der Klasse 1 ist niedriger als bei den leistungsschwächsten Mobiltelefonen. UMTS- und W-CDMA- Ausgang 250 mW, GSM1800/1900 - Ausgang 1000 mW und GSM850/900-Ausgang 2000 mW.        

Award-Programme

Der Bluetooth Innovation World Cup, eine Marketinginitiative der Bluetooth Special Interest Group (SIG), war ein internationaler Wettbewerb, der die Entwicklung von Innovationen für Anwendungen förderte, die Bluetooth-Technologie in Sport-, Fitness- und Gesundheitsprodukten nutzen. Der Wettbewerb zielte darauf ab, neue Märkte zu stimulieren.

Der Bluetooth Innovation World Cup wurde 2013 zu den Bluetooth Breakthrough Awards. Anschließend lancierte Bluetooth SIG 2016 auf der Bluetooth World den Imagine Blue Award. Das Bluetooth-Programm der Breakthrough Awards hebt die innovativsten Produkte und Anwendungen hervor, die heute verfügbar sind, Prototypen kommen in Kürze und von Studenten geleitete Projekte in der Entwicklung.

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Externe Links