Bluetooth le что это
Этичный хакинг и тестирование на проникновение, информационная безопасность
Bluetooth, как мы знаем, является одной из самых популярных и широко используемых беспроводных технологий в современном мире. В связи с быстрым ростом IoT, ускоряющим развитие технологии Bluetooth, Специальная группа по интересам Bluetooth (Bluetooth Special Interest Group (SIG)) предпринимает постоянные усилия по увеличению скорости передачи с максимальным акцентом на маяки, развлечения, сферу здравоохранения и фитнес.
Примечание: IoT - «Интернет вещей», термин относится к совокупности разнообразных устройств, обычно более простых, чем персональный компьютер, которые подключены к Интернету.
Bluetooth Low Energy (BLE) является частью спецификации Bluetooth 4.0, которая также включает протоколы классического Bluetooth и протокол высокоскоростного Bluetooth (Classic Bluetooth and Bluetooth High Speed Protocols). По сравнению с классическим Bluetooth, BLE предназначен для использования меньшей мощности при сохранении аналогичного диапазона связи. BLE — это технология, которая всегда отключена и передаёт только короткие объёмы данных, когда это необходимо. Это значительно снижает энергопотребление, что делает его идеальным для использования в случаях, когда требуется постоянное долговременное соединение с низкой скоростью передачи данных. BLE идеально подходит для пульта дистанционного управления телевизором, но не для беспроводного устройства потоковой передачи мультимедиа, которому для передачи требуется большой объем данных.
Bluetooth Low Energy встроен во многие гаджеты, которые мы используем сегодня. От смартфонов, умных телевизоров, передовых технологий, таких как медицинское оборудование, до базовых устройств, таких как наши кофемашины, - все используют BLE.
Изначально Nokia разработала BLE для собственного проекта под названием «WIBREE», который впоследствии был передан Bluetooth SIG. BLE был задуман с акцентом на лучшую скорость сопряжения и энергоэффективность.
Что выделяет BLE?
- Обеспечивает многоплатформенную связь: может легко общаться через большое количество устройств, работающих на Android, iOS, Linux, Windows Phone, Windows 8 и OS X
- Лучшая скорость сопряжения
- Помогает поддерживать связь в течение более длительных периодов времени
- Значительно ниже затраты на внедрение
- Энергоэффективный
На бумаге BLE выглядит хорошо, а как на практике?
Это хороший вопрос с точки зрения безопасности. Дело в том, что BLE — это просто протокол. Изготовители должны безопасно внедрить BLE в своё устройство. Известно, что даже самый сильный криптографический протокол не будет работать, если генератор случайных чисел не является «достаточно случайным». То же самое относится и к BLE. Таким образом, можно сказать, что безопасность BLE лежит в руках его исполнителей.
В то время как все устройства Bluetooth с низким энергопотреблением были разработаны с основной целью улучшения взаимодействия с пользователем, безопасность заняла последнее место во время процесса?
Давайте посмотрим на три основные уязвимости, которым BLE могут подвергать своих пользователей:
- Подслушивание: как следует из названия, подслушивание относится к стороннему устройству, прослушивающему данные, которыми обмениваются два сопряжённых устройства. Соединение между двумя сопряжёнными устройствами означает цепочку доверия. Цепь разрывается при удалении одного из устройств. Злоумышленник может использовать номер устройства для доступа к другим Bluetooth-устройствам. Даже если ключи шифрования/расшифровки должны были быть удалены, атакующий может офлайн брутфорсить ПИН, используя Bluetooth Sniffer (на основе идентификатора устройства). Как только PIN-код будет получен, устройство может быть легко взломано.
- Атаки «человек посередине» (MITM). Атаки «человек посередине» включают стороннее устройство, имитирующее законное устройство, обманывая два легитимных устройства, заставляя их поверить в то, что они связаны друг с другом, когда на самом деле законные устройства подключены к имитатору (посреднику). Этот тип атаки позволяет злоумышленнику/имитатору получить доступ ко всем данным, которыми обмениваются устройства, а также манипулировать данными, удаляя или изменяя их, прежде чем они достигнут соответствующего устройства.
- Отказ в обслуживании и Fuzzing атака. Поскольку большинство беспроводных устройств в наши дни работают на встроенных аккумуляторных батареях, эти устройства подвержены риску атак типа «отказ в обслуживании» (DoS). DoS-атаки подвергают систему частым сбоям, приводящим к полному истощению её батареи. Fuzzing атаки также приводят к сбою систем, поскольку злоумышленник может отправлять искажённые или нестандартные данные на радиомодуль устройства Bluetooth и проверять его реакцию, что в конечном итоге может сбить с толку устройство.
Итак, резюмируя, по своей задумке BLE это упрощённая версия Bluetooth, которая всегда не меняет каналы (частоты), что облегчает сниффинг и атаку человек-посередине. BLE не имеет встроенного протокола обеспечения безопасности. Реализация безопасности BLE возложена на производителей конечных устройств, которые не всегда подходят к этому добросовестно. По этой причине многие BLE устройства можно легко обнаружить практически в любое время их работы. При этом зачастую они не содержат каких-либо механизмов для ограничения чтения и даже записи на них, то есть открыты для подключения и модификации кому угодно.
Основные понятия в BLE
В BLE есть два основных понятия.
- GAP - Generic Access Profile (общий профиль доступа)
- GATT - Generic Attribute Protocol (протокол общих атрибутов)
Общий профиль доступа (GAP)
Он ответственен за подключение и распространения информации о наличии устройства BLE. GAP отвечает за видимость устройства во внешнем мире, а также играет важную роль в определении того, как устройство взаимодействует с другими устройствами.
Следующие две концепции являются неотъемлемой частью GAP:
Периферийные устройства. Это небольшие устройства с низким энергопотреблением, которые могут подключаться к сложным, более мощным центральным устройствам. Монитор сердечного ритма является примером периферийного устройства.
Центральные устройства: в основном это мобильные телефоны или гаджеты с увеличенной памятью и вычислительной мощностью.
Advertising process (обеспечение видимости устройства)
Процесс обнаружения устройств заключается в том, что Периферийное устройство в заданные интервалы отправляет в округу данные о своём существовании. Если эти данные получит Центральное устройство, то оно отправит запрос на сканирование. В ответ Периферийное устройство пришлёт данные результата сканирования.
Периферийное устройство будет отправлять «рекламные» данные каждые 2 секунды. Если центральное устройство готово прослушать рекламные пакеты, оно ответит запросом сканирования. В ответ на этот запрос периферийное устройство отправит данные ответа сканирования. Таким образом, центральное и периферийное устройства узнают друг о друге и связывается друг с другом.
Протокол общих атрибутов (GATT)
Используя общий протокол данных, известный как протокол атрибутов, GATT определяет, как два устройства BLE обмениваются данными друг с другом, используя понятия — сервис (service) и характеристика (characteristic). Этот протокол сохраняет все сервисы и характеристики в справочной таблице с использованием 16-битных идентификаторов, как указано в Bluetooth SIG. Важно отметить, что GATT инициируется только после того, как Advertising процесс, регулируемый GAP, завершён.
Две основные концепции, которые образуют GATT
- Сервисы (service)
- Характеристики (characteristic)
Сервисы
Сервисы можно представить просто как шкаф, в котором может быть много ящиков, которые в свою очередь называются характеристиками. Сервис может иметь много характеристик. Каждый сервис уникален сам по себе с универсально уникальным идентификатором (UUID), который может быть размером 16 бит для официальных адаптированных сервисов или 128 бит для пользовательских сервисов.
Характеристики
Характеристики являются наиболее фундаментальным понятием в рамках транзакции GATT. Характеристики содержат одну точку данных и схожи с сервисами, каждая характеристика имеет уникальный идентификатор или UUID, который отличается от другой характеристики.
Вот спецификации SIG для характеристик и сервисов для устройств BLE. Любое устройство BLE, которое официально приняло UUID от SIG, должно использовать идентификатор, указанный ими в своих приложениях.
Например, официальный UUID мощности передачи (TX power) в соответствии с мандатом SIG равен 0x1804.
Чтобы было наглядно, посмотрите на этот пример сервисов и характеристик конкретного устройства:
В нём «Generic Access (1800)» - это 16-битный сервис. Внутри этого сервиса, следующие 16-битные характеристики:
Ещё один 16-битный сервис это «Generic Attribute (1801)», он содержит только одну 16-битную характеристику: Service Changed (2a05).
- анализ приложения для управления устройством (многие устройства имеют программы под Android)
- фаззинг — ввод различных данных и наблюдение за устройством, что в нём поменялось
Как взломать Bluetooth Low Energy
Суть процесса взлома Bluetooth Low Energy можно описать следующими стадиями:
- Обнаружение устройства
- Считывание его сервисов и характеристик
- Обнаружение среди характеристик те, которые можно перезаписать
- Определение, за что отвечают характеристики
- Изменить значения характеристик
Четвёртый этап является творческим и самым сложным. Иногда роль характеристик можно найти в документации разработчиков для данного устройства. Иногда приходится перебирать значения и смотреть, что поменялось в устройстве. Самый сложный вариант — это обратная инженерия перехваченного Bluetooth трафика или приложения для управление устройством.
Я покажу пример изменения BLE параметров на устройстве с помощью bettercap.
Вводим команду для включения модуля по обнаружению BLE устройств:
Чтобы вывести устройства, которые в данный момент в пределах досягаемости, выполните команду:
Для показа характеристик конкретного устройства, запустите команду следующего вида, где вместо MAC укажите MAC-адрес устройства:
К примеру, меня интересует устройство C8:DF:84:1A:9F:26:
В столбце Properties вы увидите свойства данной характеристики, они могут быть:
- READ (чтение)
- WRITE (запись) — то есть возможно изменение данной характеристики
- NOTIFY (уведомление)
- INDICATE (индикатор)
В колонке Data присутствует текущее значение характеристики, либо дополнительная информация, например:
Для записи данных HEX_DATA в BLE устройство с указанным MAC адресом, в характеристику с идентификатором UUID:
Чтобы знать, что именно записывать, нужно понимать, за что отвечают характеристики. Вот пример значений для моего устройства — это электрическая зубная щётка Oral-B Genius 9000 (кстати, рекомендую). Значение характеристик я нашёл в Интернете.
Исследование и взлом Bluetooth Low Energy (BLE) с телефона
Поскольку на всех современных телефонах имеется Bluetooth, то вы можете использовать приложения для работы с Bluetooth Low Energy (BLE) окружающих устройств на телефоне.
Пример такого приложения — nRF Connect — бесплатная программа программа для Android, которая умеет сканировать для поиска BLE устройств, подключаться к ним и менять значение характеристик. Программа поддерживает макросы и другие продвинутые функции.
Просмотр сервисов устройства:
Просмотр свойств характеристик:
Редактирование значений характеристик:
Работа с Bluetooth Low Energy (BLE) в Linux
Конечно, в Linux можно работать с устройствами, поддерживающими BLE, напрямую, без таких программ как Bettercap.
К сожалению, этот аспект довольно запутанный. В Debian и производных программы для работы с Bluetooth Low Energy собраны в пакете bluez. В Arch Linux и производных, пакет bluez также имеется, но утилиты, которые нас интересуют, помещены в пакет bluez-utils. Но не это самая большая проблема.
После очередного обновления утилит bluez, авторы вдруг признали многие важные программы «устаревшими», а именно устаревшими объявлены:
Поразительно, но для них не было представлено полноценных замен. Путаницу добавляет отсутствие нормальной документации и даже справки по программам.
Была составлена такая таблица замены:
| Устаревший инструмент | Самая подходящая замена |
|---|---|
| gatttool | btgatt-client, D-Bus Gatt API |
| hciattach | btattach |
| hciconfig | btmgmt (и bluetoothctl?) |
| hcidump | btmon (и btsnoop) |
| hcitool | отсутствует, доступно в D-Bus Device API |
| rfcomm | отсутствует, реализовано в D-Bus Profile1 API? |
| ciptool | |
| sdptool | отсутствует, кажется, что функциональность разбросана по разным объектам D-Bus: Profile, Advertising, и массивы UUIDs в device и adapter. |
Слова «отсутствует» не вселяют уверенности. По этой причине для Debian и производных этот пакет компилируется с ключом --enable-deprecated, а на Arch Linux в дополнении к пакету bluez-utils, доступному в стандартных репозиториях, в AUR имеется пакет bluez-utils-compat, в котором тоже включены устаревшие инструменты.
В относительно свежих инструкциях, для взаимодействия с Bluetooth Low Energy используются утилиты:
Поскольку они устарели и однажды всё-таки будут удалены окончательно, рассмотрим несколько простых вариантов использования их замен для поиска BLE устройств и получения с них данных.
Если запустить программу btmgmt:
И в ней выполнить команду:
То она выведет список обнаруженных устройств:
Будут выведены как BLE, так и обычные Bluetooth устройства.
Также умеет искать BLE устройства, если ввести:
С помощью команды connect можно подключиться к устройству, для этого нужно указать его MAC-адрес:
Информация по устройству:
Если перейти в меню GATT:
То можно получить список характеристик:
А также перезаписать характеристики устройства.
Для получения информации по отдельным характеристикам:
Ещё одна программа, которая выведет сразу все характеристики устройства — btgatt-client. Например, выполним подключение и посмотрим характеристики устройства с MAC C8:DF:84:1A:9F:26:
В дополнении к рассмотренным программам, в отдельной консоли можно запустить Bluetooth monitor:
Как и полагается программе-монитору, она будет выводить множество информации о происходящем с Bluetooth и об обнаруженных устройствах.
Заключение
Системные утилиты Linux для работы с Bluetooth заслуживают более внимательного изучения — с их помощью можно узнать более подробную информацию о своей системе и сделать тонкую настройку Bluetooth адаптера.
Также с помощью них можно реализовать сканеры BLE и Bluetooth устройств и/или написать или приспособить фаззеры для исследования назначения характеристик BLE устройств. Поэтому вполне возможно, что в одной из следующих статей будут более подробно рассмотрены программы для работы с BLE.
Производители смартфонов всё чаще избавляются от разъёмов для проводных наушников, отдавая предпочтения Bluetooth-моделям портативной акустики со встроенным аккумулятором. Ассоциация Bluetooth SIG анонсировала новый стандарт LE Audio, способный превзойти актуальный Bluetooth 5.0 в энергоэффективности при сохранении высокого качества звучания.
Появление Bluetooth 5.0 уже способствовало выходу на рынок большого количества беспроводных наушников. LE Audio, по заявлению разработчиков, может вывести технологию на более высокий уровень. Новый стандарт будет использовать кодек, обеспечивающий пониженное энергопотребление, и добавит к списку возможностей беспроводного интерфейса функцию передачи многопотокового аудиосигнала высокого качества.
Протокол Low Energy, существует с 2011 года и используется для пассивных соединений с устройствами вроде носимой электроники и сенсоров. LE Audio предусматривает и передачу звука с помощью кодека Low Complexity Communication Codec (LC3). Предполагается, что с его использованием качество аудио останется высоким даже при снижении битрейта — это позволит существенно экономить заряд АКБ устройств воспроизведения.
Новая технология позволит избежать задержек и сбоев соединения — она обеспечивает независимую передачу на каждый из наушников и даже позволяет делиться сигналом с гаджетами окружающих. Bluetooth SIG также работает над алгоритмом Broadcast Audio, позволяющим передавать один поток многочисленным пользователям — посетителям баров, аэропортов, театров и других общественных мест.
Ожидается, что Bluetooth LE Audio начнёт появляться в коммерческих устройствах уже в первой половине 2020 года. Список первых устройств с поддержкой нового стандарта пока не объявлен.
Bluetooth с низким энергопотреблением (LE) является спецификацией, определяющей протоколы для обнаружения и обмена данными между энергоэффективными устройствами. Обнаружение устройств выполняется с помощью протокола Generic Access Profile (GAP). После обнаружения обмен данными между устройствами выполняется с помощью протокола Generic Attribute (GATT). В этом разделе содержится краткий обзор Bluetooth с низким потреблением в приложениях UWP. Более подробные сведения о Bluetooth с низким энергопотреблением см. в разделе Основные характеристики Bluetooth версии 4.0, где представлена технология Bluetooth с низким энергопотреблением.
Роли GATT и GAP были представлены в Windows 10 версии 1703
Протоколы GATT и GAP можно внедрить в приложение UWP с помощью указанных ниже пространств имен.
Центральное и периферийное устройство
Две основные роли обнаружения называются центральное устройство и периферийное устройство. Как правило, Windows работает в режиме центрального устройства и подключается к различным периферийным устройствам.
Атрибуты
Распространенная аббревиатура, которую можно увидеть в API Windows Bluetooth, — это Generic Attribute (GATT). Профиль GATT определяет структуру данных и режимы работы, по которым взаимодействуют два устройства Bluetooth с низким энергопотреблением. Атрибут является основным блоком построения GATT. Основными типами атрибутов являются службы, характеристики и дескрипторы. Эти атрибуты действуют по-разному между клиентами и серверами, поэтому полезнее обсудить их взаимодействие в соответствующих разделах.
Служба частоты пульса выражена в форме API на сервере GATT
Клиент и сервер
После установления подключения устройство, которое содержит данные (обычно небольшой датчик IoT или носимое устройство), называется сервером. Устройство, которое использует данные для выполнения функций, называется клиентом. Например, компьютер под управлением Windows (клиент) считывает данные с монитора частоты пульса (сервер) для отслеживания оптимальных тренировок пользователя. Дополнительные сведения см. в разделах Клиент GATT и Сервер GATT.
Наблюдатели и издатели (маяки)
Кроме ролей центрального и периферийного устройств, существуют роли наблюдателя и вещателя. Вещатели обычно называются маяками, они не взаимодействуют через GATT, поскольку используют ограниченное пространство, предоставленное в пакете объявления для передачи данных. Аналогично наблюдатель не должен устанавливать подключения для получения данных, он сканирует ближайшие рекламные объявления. Чтобы настроить Windows для отслеживания ближайших рекламных объявлений, используйте класс BluetoothLEAdvertisementWatcher. Чтобы транслировать полезные данные маяка, используйте класс BluetoothLEAdvertisementPublisher. Дополнительные сведения см. в разделе Рекламные объявления.
Зачем разработали BLE
После изучения и успешного применения передачи информации без проводов, появилась потребность передавать данные, используя устройства с автономными источниками питания. Проблема состоит в том, что с этим устройством должно работать еще одно, которое постоянно передает данные либо слушает эфир.
Если у приемника и передатчика имеется батарейное питание, то наблюдаются проблемы со связью при разрыве постоянной передачи связи для экономии энергии, которые решили с новым протоколом передачи данных BlueTooth Low Energy (BLE).
BLE – это режим низкого энергопотребления, способствующий экономии заряда аккумулятора у сопряженных устройств.
Протокол стал частью Bluetooth 4.0. Операционная система Android поддерживает BLE с версии 4.3. В качестве пары, работающей с BLE, берется телефон с современной ОС, совместно с батарейной малой техникой (например, гарнитура). Но не исключены и взаимодействия иных гаджетов.
Чтобы принимать и передавать данные в необходимом объеме беспроводным способом, в стандарт Bluetooth LE включена скорость передачи информации, равная 1 Мбит/сек. Постоянный обмен данными затрачивает энергию, тем самым расходуя ее запасы. Поэтому протокол подразумевает разрыв постоянного эфира для экономии. Поэтому в протоколе не только важна скорость, а и то, что гаджеты умеют синхронизироваться друг с другом тогда, когда это необходимо.
Около 99% всего времени гаджеты спят и экономят энергию. Потом просыпаются на короткий период для обмена данными и снова засыпают. Но чтобы пребывать в данном режиме, устройства сперва между собой необходимо синхронизировать. Этот режим и называется advertising.
В каких сферах применяется
Протокол BLE используется по сценарию: редко передавать данные и обрабатывать долгое время. В частности, возможно использование двухрежимных гаджетов BLE в смартфонах, планшетных ПК, ноутбуках. Однорежимные могут использоваться во множестве сфер деятельности. Под эти сферы попадают устройства из разделов здоровья, автоматизации, анализа, управления.
Множество задач могут решаться, когда в радиусе двухуровневого модуля определяются иные одноуровневые BLE-приборы. К этим приборам относятся приборы-сигнализаторы, что уведомляют владельца об удалении от сумки, барсетки, кошелька, переносной тары и иных персональных вещей, оснащенных BLE-модулем. Отличное применение данным брелкам с BLE находят в качестве маячков для ребенка, чтобы не потерять его в достаточно людных местах.
Устойчивая работа и низкое энергопотребление протокола BLE позволяют рассматривать его в качестве замены NFC, а именно RFID-меток. Но вариант совмещенной работы BLE + NFC выглядит более привлекательно. BLE дает большой радиус, сопряженный с устойчивой работой, второй отвечает за логическое сопряжение пары, плюс обеспечивает надежную защиту за счет малого радиуса действия.
Не обходят стороной данную спецификацию в системах умных домов. Работа приборов через блютуз с низким энергопотреблением позволяет открывать удаленно двери, ворота и приводить в действие прочие механизмы с большого расстояния, подолгу не меняя аккумулятор в беспроводном и компактном органе управления.
Кроме того, внедрение в смартфон, который всегда под рукой, BLE-модуля позволит на приличном удалении через сопряженные каналы управлять любыми приборами и аксессуарами умного дома. Или подключаться к сенсорной панели для удаленного управления с другой комнаты.
Поддерживаемые устройства
- BT111 – создан для приложений, где нужна работа со стандартными протоколами Bluetooth и BLE.
- BLE112 – однорежимный BLE-модуль для сенсорных систем и прочих аксессуаров с батарейным питанием.
- USB BLED112 – аналогичный однорежимный BLE-модуль со всеми свойствами BLE112, но выполнен в форм факторе USB-флешки.
- Спортивные аксессуары по типу шагомеров, пульсометров, ритмометров, которые имеют форму часов для руки или браслета.
- Различные сенсоры для определения движения, температуры, влажности.
- Системы чтения и отображения информации с автономным источником питания.
- Бытовая медтехника по типу измерителей глюкозы, тонометров, температурных измерителей.
- Гаджеты для удаленного вызова, по типу радио-няня.
- Приборы бытовой электроники, по типу беспроводной периферии (клавиатуры, мышки), панелей и пультов.
- Устройства для автоматизации в жилом доме по типу шлюзов между соединенной к Smart House сенсорной сетью и смартфонами с Блютуз.
- Устройства безопасности, по типу тревожных кнопок, бесконтактных ключей и прочее.
Определение поддержки
- BLE Checker.
- LightBlue.
- Bluetooth LE Scanner.
Множество таких «определителей» находится в Play Market и доступны для использования бесплатно. Модели телефонов, выпущенные до 2015 года включительно, могут не поддерживать данную опцию.
Вопросы безопасности BLE
Защита канала передачи данных между парой устройств в протоколе BLE обусловлена двумя режимами LE Секьюрити мод 1 и LE Секьюрити мод 2. Первый режим работает на Data Link layer (DLL), второй на AT&T.
В некоторых случаях аутентификацию можно провести поверх нешифрованного соединения на канальном уровне. Но в таком случае на AT&T -уровне к PDU плюсуется двенадцати байтная сигнатура.
Режимы безопасности включают в себя несколько уровней, используемых в зависимости от типа соединения.
- Первый – на канальном уровне два модуля обмениваются информацией о доступных возможностях ввода-вывода, а после принимают решение, по какому из обнаруженных произойдет взаимодействие.
- Второй – создание ключа для третьего этапа, который называется «временный ключ краткосрочного значения». Он послужит для надежной передачи данных о временном ключе. Ключ может быть передан тремя способами: с использованием альтернативного канала NFC, с введением шестизначного кода, вводимого пользователем, или без проверки аутентификации, если первый и второй способ организовать невозможно.
- Третий – конечные точки соединения обмениваются тремя 128 битными ключами и, если нарушений не замечено, пара успешно синхронизируется.
Читайте также: