بلوتوث

مقدمه

بلوتوث یک رشته خصوصیت بی‌سیم است که ارتباطات کوتاه‌برد بین وسایل مجهز به تراشه‌های کوچک و اختصاصی بلوتوث را تعریف می‌کند. بلوتوث یک استاندارد رادیویی و پروتکل ارتباطی برای مصارف با توان پایین و برد کوتاه می‌باشد که با نصب یک میکروچیپ ارزان قیمت در دستگاه‌ها فعال می‌شود. بلوتوث در حقیقت نام تجاری برای شبکه‌های بی‌سیم شخصی است که با استاندارد IEEE ۸۰۲٫۱۵ هم شناخته می‌شود. این بلوتوث برای فاصله‌های نزدیک و ارسال پیغام، عکس یا هر اطلاعات دیگر استفاده می‌شود. اختراع تکنولوژی بلوتوث در سال ۱۹۹۴ تحول عظیمی در عرصهٔ ارتباطات به‌ویژه موبایل‌ها به‌وجود آورد. تنها یکی از ویژگی‌های مفیدش حذف سیم‌های بسیار از سازمان‌ها، ادارات و منازل بود. مانند حذف سیم بین موس و کامپیوتر، حذف سیم بین صفحه کلید و کامپیوتر، حذف سیم بین موبایل و کامپیوتر و…
مخترع بلوتوث، یاپ هارتسن اهل هلند است. بلوتوث یا به عبارتی دندان آبی از نام پادشاه دانمارک بنام هارالد بلوتوث الهام گرفته شده‌است. این تکنولوژی یک استاندارد رادیویی و پروتکل ارتباطی برای ارتباط یا اتصال با فاصله کوتاه است.
زمانی که دو دستگاه الکترونیکی نیاز به ارتباط با یکدیگر دارند، باید دارای سیستم‌های ارتباطی مشترک به روش بلوتوث باشند؛ یعنی هر دو دستگاه باید مجهز به تراشه یا میکروچیپ بلوتوث باشند.

ارتباط چگونه برقرار می‌شود؟

ارتباط با فرکانس‌های رادیویی انجام می‌شود، هر وسیلهٔ بلوتوث حاوی یک تراشه فرستنده/گیرنده مربعی‌شکل به ضلع ۴
سانتیمتر است، که در باند فرکانسی GHz ۲٫۴ تا GHz ۲٫۴۸ کار می‌کند. این فرکانس از این لحاظ انتخاب شده، که در سراسر جهان به‌طور رایگان در دسترس است و محدودیت‌های داشتن مجوز را ندارد. این باند فرکانس طبق یک توافق‌نامه بین‌المللی برای استفاده توسط لوازم علمی، پزشکی و صنعتی کنار گذاشته شده و اصطلاحاً به آن ISM می‌گویند؛ باند ISM به ۷۹ کانال تقسیم می‌شود که هرکدام پهنای باند ۱MHzای دارند. بلوتوث ازلحاظ نظری پهنای باند یک مگابایت در ثانیه را دارد، که سرعتی نزدیک به ۷۲۳ کیلوبیت در ثانیه است. این سرعت خیلی بالا نیست، اما برای انتقال داده‌ها بین وسایل دستی و دسترسی به اینترنت کاملاً کافی است.

تداخل امواج

یکی از راه‌ها برای جلوگیری از تداخل امواج ارسال سیگنال‌های بسیار ضعیفی در حدود ۱ میلی‌وات است. استفاده از امواج کم قدرت، شعاع برد سیگنال‌های بلوتوث را به حدود ۱۰متر محدود می‌کند؛ و هم چنین استفاده از این‌گونه سیگنال‌های ضعیف ایجاد تداخل بین امواج بلوتوث با امواج تلفن همراه، کامپیوتر یا دستگاه تلویزیون به‌طورکلی منتفی می‌شود.
بلوتوث از یک فناوری دیگر به نام «جهش فرکانس در طیف گسترده» یا(FHSS) بهره می‌گیرد، که احتمال استفاده از فرکانس برابر توسط دو دستگاه به‌طور هم‌زمان را تقریباً به صفر می‌رساند. بر پایه این تکنولوژی هر وسیله این امکان را دارد که از ۷۹ فرکانس منحصربه‌فرد که به صورت اتفاقی از میان یک سری فرکانس‌های از پیش تعیین شده انتخاب می‌شوند، استفاده کند؛ و به‌طور منظم تغییر فرکانس می‌دهد. در مورد بلوتوث این عمل تغییر فرکانس در دستگاه فرستنده حدود ۱۶۰۰ بار در ثانیه اتفاق می‌افتد، بر پایه همین تکنولوژی از اختلال بین امواج بلوتوث با دستگاه‌هایی مثل کنترل درب پارکینگ یا تلفن‌های بی‌سیم جلوگیری می‌شود.

تاریخچه

هارالد دندان‌آبی (بلوتاند) اول (Harald I Blåtand) نام پادشاه دانمارک در سال‌های ۹۴۰ تا ۹۸۵ میلادی بود. وی در سال ۹۱۰ میلادی به‌دنیا آمد. مانند بسیاری دیگر از وایکینگ‌ها، دندان‌آبی نیز جنگ برای دستیابی به گنج در سرزمین‌های دیگر را باارزش می‌دانست. زمانی که خواهر بلوتاند، همسرش اریک ــ پادشاه نروژ ــ را در جنگ سختی که نروژیان درگیر آن بودند از دست داد، به دانمارک آمد و از هارالد خواست تا زمام امور در نروژ را به‌دست گیرد و آرامش و امنیت را در نروژ برقرار کند.
هارالد نیز از این فرصت استفاده کرده و قلمرو حکومت خود را گسترش داد. تا قبل از این زمان، نروژ و دانمارک همیشه در حال جنگ با یکدیگر بودند و افراد زیادی در این جنگ‌ها کشته می‌شدند. در سال ۹۶۰ میلادی، هارالد که در اوج قدرت خود بود، اعلام صلح میان دو کشور نمود و با گسترش قلمرو پادشاهی خود، هم‌زمان بر دو کشور دانمارک و نروژ فرمانروایی کرد. وی یکپارچگی بین کشورها را، که پدرش آغاز کرده‌بود، کامل نمود. هارالد بلوتاند، دانمارک و نروژ را به هم پیوند داد، همان‌گونه که امروزه «بلوتوث» دنیای کامپیوترها و ارتباطات را به هم پیوند داده‌است. به افتخار هارالد دندان‌آبی، که مردم دو کشور را با هم پیوند داده و با ایجاد ارتباط بین دو کشور، آن‌ها را از جنگ و مصیبتی که دامن‌گیرشان بود نجات داد، نام فناوریی را که امروزه دنیای کامپیوتر و ارتباطات را به هم پیوند داده بلوتوث نهاده‌اند.

فکر اولیه بلوتوث در شرکت تلفن همراه اریکسون در سال ۱۹۹۴ شکل گرفت. اریکسون که یک شرکت سوئدیِ ارتباطات راه دور است، در آن زمان در حال ساخت یک ارتباط رادیویی کم‌مصرف، کم‌هزینه بین تلفن‌های همراه و یک گوشی بی‌سیم بود. کار مهندسی در سال ۱۹۹۵ شروع شد و فکر اولیه به فراتر از تلفن‌های همراه و گوشی‌های آن‌ها توسعه یافت تا شامل همهٔ انواع وسایل همراه شود. در سال ۱۹۹۸ اریکسون با چند شرکت دیگر موافقت‌نامه‌ای را امضا کرد که بر اساس آن گروه SIG به وجود آمد.

این نام از نام یک پادشاه دانمارکی به نام هارالد بلوتاند (به دانمارکی:  Harald Blåtand) گرفته شده‌است. کلمهٔ بلوتاند، بعد از انتقال به زبان انگلیسی، به‌شکل «بلوتوث» تلفظ شد، که معنای «دندان‌آبی» دارد. این حکمران به‌طور صلح‌آمیز، دانمارک، سوئد جنوبی و نروژ شمالی را متحد کرد. این کار به او شهرت یک پادشاه ماهر در ارتباط و مذاکره را در تاریخ داد. شرکت اریکسون اسم بلوتوث را به این فناوری داد، چون امیدوار بود بتواند به‌طور صلح‌آمیز وسایل مختلف را متحد کند.

محدودیت در انتقال داده(Data) از طریق سیم

دستگاه‌هایی که با سیم کار می‌کنند از طریق رابط‌های سریال یا موازی(parallel) یا USB به کامپیوتر متصل می‌شوند. اگر از ارتباط سریال استفاده شود در هر سیکل زمانی یک بیت ارسال می-شود و ارتباط موازی در هر سیکل ۸ تا ۱۶ بیت را ارسال می‌نماید. این مقادیر در دنیای ارتباطات پرسرعت امروزی بسیار کم است؛ که این مشکل با امواج بلوتوث حل شده‌است.

قیمت ارزان فناوری بلوتوث

یکی دیگر از دلایل استفاده از تراشه‌های بلوتوث قیمت بسیار مناسب آن است. قیمت این تراشه‌ها است. این تکنولوژی از محدوده فرکانس ۲٫۴۰ تا ۲٫۴۸ گیگا هرتز که محدوده‌ای رایگان است استفاده می‌کند که ۷۹ کانال ارتباطی را شامل می‌شود.

سرعت انتقال اطلاعات در بلوتوث

از ارتباط هم‌زمان استفاده شود نرخ انتقال اطلاعات ۴۲۳ کیلوبایت در ثانیه خواهد بود. در این نوع ارتباط دستگاه فرستنده و گیرنده به‌طور هم‌زمان قادر به دریافت و ارسال اطلاعات هستند. در نوع دیگر ارتباط که ارتباط غیرهمزمان نام دارد نرخ انتقال اطلاعات ۷۲۰ کیلوبایت در ثانیه خواهد بود. البته با وجود سرعت بیشتر این ارتباط نسبت به ارتباط هم‌زمان، قابلیت ارسال و دریافت در یک زمان را ندارد.

برتری بلوتوث در مقابل تکنولوژی مادون قرمز

فرستنده مادون قرمز و گیرنده آن می‌بایست در مقابل هم قرار بگیرند تا ارسال اطلاعات صورت گیرد، در غیر این صورت و وجود داشتن مانعی در بین راه، انتقال اطلاعات به درستی صورت نمی‌گیرد. یکی دیگر از مشکلات مادون قرمز اصطلاح «یک به یک» است. به این معنی که فقط می‌توان اطلاعات را از یک دستگاه تنها به یک دستگاه دیگر ارسال نمود و در یک لحظه قادر به ارسال اطلاعات از یک دستگاه به چند دستگاه نخواهیم بود اما هر دو مشکل IrDA از طریق بلوتوث قابل رفع است.

عدم تداخل امواج بلوتوث با دیگر امواج

برای جلوگیری از تداخل اطلاعات بلوتوث از تکنیکی به نام FHSS استفاده می‌کند و این تکنیک به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد که در یک محدوده فرکانسی مشخص شده به صورت خودکار تغییر فرکانس داشته باشند. در واقع در این تکنولوژی یابنده کانال آزاد بیش از ۱۶۰۰ بار در ثانیه کانال‌های ارتباطی را چک می‌کند تا از کانال‌های اشغال شده با خبر باشد و در صورت ایجاد یک ارتباط جدید یک کانال آزاد را به آن ارتباط اختصاص دهد.

اتوماتیک بودن

دستگاه‌های مجهز به تراشه‌های بلوتوث به‌طور خودکار یکدیگر را تشخیص داده و ارتباط برقرار می‌کنند و داده‌ها بدون دستور ما یا با دستور ما انتقال پیدا می‌کنند.

کم مصرف بودن

احتیاج به انرژی بسیار کم برای برقراری ارتباط با وسایل دیگر موجب صرفه جویی زیاد در مصرف باتری می‌شود. هر سیگنال بلوتوثی که که گوشی تلفن همراه ارسال یا دریافت می‌کند فقط ۱میلی وات از باتری آن را مصرف می‌کند یعنی در واقع می‌توانیم بگوییم که این فعالیت تأثیری روی باتری ندارد.

تهدیدات امنیتی مرتبط با فناوری بلوتوث

با رعایت نکات ایمنی و بکارگیری پتانسیل‌های خاصی نظیر «تأیید» یا «رمزنگاری» می‌توان یک محیط ایمن ارتباطی را ایجاد نمود که دارای شرایط ایمنی مساعدی باشد. تعداد زیادی از دستگاه هائی که از بلوتوث استفاده می‌نمایند از کدهای عددی کوچک (موسوم بهPin code) در مقابل رمزهای عبوری استفاده می‌نمایند و همین موضوع می‌تواند مشکلات امنیتی خاص خود را به دنبال داشته باشد.
در صورتی که افراد غیرمجاز قادر به تشخیص و ردیابی یک دستگاه بلوتوث گردند، می‌توانند اقدام به ارسال پیام‌های ناخواسته نموده یا حتی الامکان استفاده از دستگاه بلوتوث را غیرممکن نمایند. یک مهاجم می‌تواند با استفاده از مکانیزم‌های موجود به اطلاعات موجود بر روی دستگاه مورد نظر دستیابی و حتی به آنان آسیب رساند.

حفاظت در مقابل تهدیدات

غیرفعال کردن بلوتوث در زمانی که از آن استفاده نمی‌گردد. صرفاً در مواردی که قصد ارسال اطلاعات از یک دستگاه به دستگاه دیگر وجود دارد، می‌بایست پتانسیل بلوتوث فعال گردد و از فعال نمودن آن در سایر موارد اجتناب گردد.
استفاده از بلوتوث در حالت نهان. با پیکربندی دستگاه مورد نظر در حالت نهان، سایر دستگاه‌ها قادر به شناسائی دستگاه مورد نظر نخواهند بود. این موضوع باعث نمی‌گردد که دستگاه‌های بلوتوث قادر به برقراری ارتباط با یکدیگر نباشند. در چنین مواردی می‌توان دستگاه‌ها را «جفت» نمود. بدین ترتیب آنان می‌توانند حتی در حالت نهان نیز با یکدیگر ارتباط برقرار نمایند.

تکنیک ایجاد امنیت در بلوتوث

هر وسیله مبتنی بر بلوتوث یک آدرس ۴۸ بیتی منحصربه‌فرد دارد. رویه تأیید استفاده از کلیدهای متقارن هست و رمزنگاری با کلیدی ۱۲۸ بیتی انجام می‌شود. این کلید ۱۲۸ بیتی که به صورت تصادفی انتخاب می‌شود وظیفهٔ انجام مذاکرات امنیتی بین دستگاه‌ها را بر عهده دارد. وقتی دو سیستم مبتنی بر بلوتوث یک کانال ارتباطی بین همدیگر برقرار می‌کنند. هر دو یک کلید آغازین را ایجاد می‌کنند. برای اینکار یک کلید عبور (Pass Key) یا شماره شناسایی شخصی وارد ارتباط می‌شود و کلید آغازین ساخته می‌شود و کلید پیوندی (Link Key) بر اساس کلید آغازین محاسبه می‌شود. از این به بعد کلید پیوندی برای شناسایی طرف ارتباط استفاده می‌شود.
اولین چالش امنیتی کلید عبور هست که به اختصار PIN نامیده می‌شود. مثل هر کلید دیگری کلیدهای طولانی از کلیدهای کوتاه امن تر هستند. اگر هکری بتواند کلید عبور را کشف کند می‌تواند کلیدهای آغازین ممکن را محاسبه کند و بعد از آن کلید پیوندی را بدست آورد. کلید عبوری طولانی می‌تواند محاسبات را برای یافتن کلیدهای بعدی بسیار سخت بکند.
کلید آغازین جایگزین لینک‌های رمزنگاری نشده می‌شود که این یک نقطه ضعف اساسی به حساب می‌آید. بهتر است که در پردازش هر دو دستگاه بلوتوث این قسمت در محل امن تری قرار بگیرد. چرا که یک هکر می‌تواند داده‌های انتقالی که به یک دستگاه بلوتوث فرستاده می‌شود را ضبط کند و از آن برای خلق PIN استفاده کند. هم چنین استفاده از یک کلید عبوری ثابت و کوتاه در تمام مواقع می‌تواند امنیت یک ارتباط بلوتوث را کاملاً به به خطر بیندازد.
کلید لینک می‌تواند ترکیبی از کلیدها یا کلیدهای واحد باشد. بهترین حالت امنیتی این است که از کلیدهای ترکیبی شامل کلیدهای واحد استفاده شود. وقتی از یک کلید واحد استفاده می‌کنیم. باید برای همه تعاملات امنیتی از همان کلید استفاده نمود و این کلید باید برای تمامی دستگاه‌های مجاز به اشتراک گذاشته شود. این یعنی هر دستگاه مجاز می‌تواند به ترافیک شبکه دسترسی داشته باشد.

آیندهٔ بلوتوث

ویرایش بعدی بلوتوث LISBON نامیده شده که شامل یک تعداد مشخصه‌است از جمله افزایش امنیت و قابلیت استفاده بیشتر از بلوتوث که ویژگی‌های اصلی آن به ترتیب زیر است:
تغییر رمز به صورت اتوماتیک: به‌طور تناوبی کدهای رمزی تغییر داده می‌شود تا امنیت افزایش یابد.
گسترش پاسخ به درخواست‌ها: در طول پروسه بازبینی و درخواست، اطلاعات بیشتری جمع‌آوری شده و به دستگاه‌ها امکان فیلترینگ بهتری را جهت ارتباط می‌دهد.
کاهش توان مصرفی: سبب کاهش توان مصرفی، وقتی که وسایل در وضعیت sniff low power هستند، می‌شود
افزایش کیفیت سرویس: سبب خواهد شد که وقتی ترافیک مخابراتی در یک خوشه پیکونت بالاست، داده‌های صوتی و تصویری با کیفیت بالا ارسال شوند.
جفت شدن وسایل به‌طور ساده:
به شکل اساسی وظیفه بهبود در جفت شدن وسایل بلوتوث را به عهده دارد. به‌طوری‌که در یک زمان هم کارایی و هم امنیت افزایش می‌یابد. انتظار می‌رود که این مورد به‌طور قابل توجهی در استفاده از بلوتوث افزایش یابد. ویرایش بعد از LISBON, SEATTLE نامیده می‌شود که مشخصه و ویژگی‌های بیشتری را دارد که عمده آن‌ها روی UWB متمرکز شده‌است. این خصیصه امکان استفاده از بلوتوث را در عرض باند بسیار بالای رادیویی موجب شده که به دنبال آن ارسال و انتقال اطلاعات داده‌ها را با سرعت بسیار بالا فراهم می‌کند.
نوآوری‌های اخیر در «آنتن» های «بلوتوث» به این وسایل اجازه داده‌است تا از بردی که در ابتدا برای آن طراحی شده‌است بسیار فراتر قدم بگذارند. در همایش دوازدهم DEF CON (همایش سالانه «هکر» ها که در «لاس‌وگاس» برگزار می‌شود)، گروهی از هکرها که با عنوان Flexilis شناخته می‌شوند، توانستند دو وسیله «بلوتوث» را که حدود نیم مایل (۸۰۰ متر) از یکدیگر دور بودند با موفقیت به هم متصل کنند. آن‌ها از آنتنی مجهز به یک «نوسان‌نما» (Scope) و یک «آنتن یاگی» (Yagi) استفاده کردند که همه آن‌ها به قنداق یک تفنگ متصل شده بود. کابلی آنتن را به کارت «بلوتوث» در رایانه متصل می‌کرد. بعدها آنتن را «تیرانداز آبی» نامیدند.