เทคโนโลยี Bluetooth ทำงานอย่างไร?

Bluetooth เป็นวิธีระยะสั้นในการเชื่อมต่ออุปกรณ์หลายเครื่องเข้าด้วยกันแบบไร้สาย จุดประสงค์ดั้งเดิมของเทคโนโลยี Bluetooth คือการสร้างชุดหูฟังไร้สาย การออกแบบดั้งเดิมได้รับแรงบันดาลใจจากสองสิ่งประดิษฐ์จาก Johan Ullman ในปี 2542 อุปกรณ์บลูทูธสำหรับผู้บริโภคเครื่องแรก ซึ่งเป็นชุดหูฟังมือถือแบบแฮนด์ฟรี ได้เปิดให้สาธารณชนเข้าชม หลายคนสงสัยว่าอุปกรณ์ Bluetooth สามารถเชื่อมต่อและโต้ตอบโดยไม่ต้องใช้สายได้อย่างไร แม้ว่าจะตั้งค่าการเชื่อมต่อ Bluetooth ได้ง่าย แต่เทคโนโลยีเบื้องหลังนั้นซับซ้อน

สร้างสัมพันธ์

เมื่ออุปกรณ์สองเครื่องจำเป็นต้องสร้างการเชื่อมต่อ อุปกรณ์ทั้งสองจะต้องตกลงกันในสองระดับ ในระดับกายภาพ อุปกรณ์ต้องการวิธีการส่งข้อมูลถึงกัน บลูทูธสามารถทำได้ผ่านสัญญาณวิทยุรอบความถี่ 2.4 GHz ในระดับโปรโตคอล อุปกรณ์ทั้งสองต้องมีชุดคำสั่งและการตอบสนองที่ทั้งคู่เข้าใจ Bluetooth ใช้โปรโตคอลแบบแพ็กเก็ตที่มีสถาปัตยกรรมหลัก/รอง โดยพื้นฐานแล้ว นี่หมายความว่าอุปกรณ์หนึ่งควบคุมอุปกรณ์อื่นบนเครือข่ายและสื่อสารโดยแบ่งข้อมูลออกเป็นแพ็คเกจขนาดเล็กที่สามารถส่งไปมาได้

ความถี่

อุปกรณ์ Bluetooth สื่อสารกันโดยส่งผ่านคลื่นวิทยุกำลังต่ำ โดยทั่วไป บลูทูธจะส่งสัญญาณไปตาม 2.402 GHz และ 2.480 GHz อุปกรณ์อื่นๆ เช่น จอภาพสำหรับเด็ก ที่เปิดประตูโรงรถ และโทรศัพท์ไร้สายบางรุ่นก็ใช้ความถี่เหล่านี้เช่นกัน เนื่องจากมีอุปกรณ์จำนวนมากที่สามารถใช้ความถี่เหล่านี้ได้ จึงเป็นไปได้ที่อุปกรณ์ดังกล่าวจะรบกวนเครือข่ายบลูทูธ เทคโนโลยี Bluetooth หลีกเลี่ยงสิ่งนี้โดยใช้การกระโดดความถี่สเปรดสเปกตรัม แม้ว่าจะฟังดูซับซ้อน แต่ก็หมายความว่าอุปกรณ์ใด ๆ จะสุ่มตีกลับระหว่าง 79 ความถี่แต่ละความถี่เพื่อสื่อสารบนเครือข่าย Bluetooth วิธีนี้ช่วยให้แน่ใจว่าอุปกรณ์สองเครื่องไม่ค่อยใช้ความถี่เดียวกันและจะย้ายไปยังความถี่ใหม่ได้อย่างรวดเร็วหากเป็นเช่นนั้น

ความเร็ว

อุปกรณ์ Bluetooth แต่ละรุ่นมีการจำกัดความเร็วที่แตกต่างกันซึ่งพวกเขาสามารถทำได้ ความเร็วข้อมูล Bluetooth ใช้การวัดเมกะบิตต่อวินาที (Mbps) แม้ว่าคำนี้อาจดูเหมือนเป็นนามธรรมสำหรับผู้ที่ไม่คุ้นเคย แต่ก็เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม สำหรับการอ้างอิง การเชื่อมต่อแบบ dial-up ดำเนินการเพียง 56 กิโลบิตต่อวินาที เมกะบิตเทียบเท่ากับ 1,000 กิโลบิต อุปกรณ์ Bluetooth รุ่นแรกสามารถรองรับความเร็วสูงสุดที่ 1 Mbps เท่านั้น Bluetooth รุ่นปัจจุบัน หรือที่เรียกว่า Bluetooth 5.1 สามารถรองรับได้ถึง 2 Mbps ซึ่งเทียบเท่ากับการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตความเร็วต่ำ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากบลูทูธยังมีมาตรฐานการบีบอัด จึงสามารถส่งข้อมูลเดียวกันได้เร็วกว่า Wi-Fi ความเร็วเทียบเท่าหรือการเชื่อมต่อไร้สายอื่นๆ

Piconets

สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์ได้สูงสุดแปดเครื่องในเครือข่าย Bluetooth เดียว เมื่ออุปกรณ์ Bluetooth เข้าสู่เครือข่าย Bluetooth ในระยะ 10 เมตร อุปกรณ์ดังกล่าวจะมีการสนทนาทางอิเล็กทรอนิกส์กับอุปกรณ์หลักที่ควบคุมอุปกรณ์ Bluetooth ทั้งหมด สิ่งนี้เกิดขึ้นโดยอัตโนมัติและมักจะไม่ต้องการข้อมูลจากผู้ใช้ เครือข่าย Bluetooth คือเครือข่ายพื้นที่ส่วนบุคคล (PAN) หรือ Piconet นอกจากนี้ อาจมีบลูทูธพิโคเน็ต 2 อันในช่วง 10 เมตรเดียวกัน เนื่องจากอุปกรณ์แต่ละเครื่องบนเครือข่ายจะกระโดดข้ามความถี่เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนซึ่งกันและกัน

การสนทนาทางอิเล็กทรอนิกส์

ระหว่างการสนทนาทางอิเล็กทรอนิกส์ที่อุปกรณ์ Bluetooth มี อุปกรณ์แต่ละชิ้นจะแลกเปลี่ยนข้อมูลหลายส่วน โดยหลักแล้ว เมื่อผู้ผลิตสร้างอุปกรณ์บลูทูธ พวกเขากำหนดที่อยู่ให้กับอุปกรณ์ เมื่ออุปกรณ์จำเป็นต้องเชื่อมต่อกับเครือข่ายบลูทูธ อุปกรณ์จะส่งสัญญาณวิทยุเพื่อขอคำตอบจากอุปกรณ์อื่นๆ ที่มีที่อยู่ด้วย อุปกรณ์อื่นๆ ที่มีที่อยู่จะตอบสนองตามสัญญาณวิทยุเดียวกันนี้และสร้างเป็นไพโคเน็ต

Scatternet

ด้วยความสามารถของอุปกรณ์ Bluetooth ในการข้ามความถี่ คุณจึงสามารถตั้งค่า Piconet ของ Bluetooth ได้หลายตัวในบริเวณใกล้เคียงโดยไม่มีการรบกวน เป็นไปได้ที่จะทำให้เจ้านายของ piconet หนึ่งเป็นทาสใน piconet ที่สอง ซึ่งหมายความว่าขณะนี้ทั้งสองเครือข่ายสามารถดำเนินการควบคู่กันได้ เนื่องจากเครือข่ายที่สองควบคุมหลักของเครือข่ายแรก จึงสามารถสั่งงานเครือข่ายแรกได้ ระบบของ piconet ที่เชื่อมต่อถึงกันนี้เป็น scatternet

โหมดความปลอดภัย

การเชื่อมต่อแบบไร้สายมีความปลอดภัยน้อยกว่าการเชื่อมต่อแบบมีสาย อย่างไรก็ตาม เครือข่าย Bluetooth มีความปลอดภัยหลายระดับ

• โหมดความปลอดภัย 1 ไม่ปลอดภัย
• โหมดความปลอดภัย 2 ให้การควบคุมกับผู้จัดการความปลอดภัยซึ่งจะกำหนดบริการและอุปกรณ์ที่จะเชื่อมต่อ
• โหมดความปลอดภัย 3 กำหนดให้มีการตรวจสอบสิทธิ์และเข้ารหัสสำหรับการเชื่อมต่อทั้งหมด
• โหมดความปลอดภัย 4 ให้การควบคุมกับตัวจัดการความปลอดภัย แต่มีตัวเลือกเพิ่มเติมสำหรับการกำหนดกฎความปลอดภัยเอง

การรักษาความลับ

เนื่องจากอุปกรณ์ใดๆ ก็ตามในทางทฤษฎีสามารถรับและอ่านสัญญาณวิทยุที่อุปกรณ์ Bluetooth ใช้ได้ จึงเป็นเรื่องสำคัญที่อุปกรณ์จะต้องเข้ารหัสข้อมูลที่ส่งออกไป มีโหมดการเข้ารหัสสามโหมด แต่มีเพียงสองโหมดเท่านั้นที่ให้การเข้ารหัส โหมดการเข้ารหัส 1 หมายความว่าไม่มีการเข้ารหัสข้อมูลของเครือข่าย โหมดการเข้ารหัส 2 ใช้แต่ละคีย์เพื่อเข้ารหัสข้อมูลที่ส่งไปยังอุปกรณ์แต่ละเครื่อง โหมดการเข้ารหัส 3 ใช้คีย์ลิงก์หลักเพื่อเข้ารหัสข้อมูลทั้งหมดที่ส่งบนเครือข่าย

ระดับการบริการและระดับความน่าเชื่อถือ

นอกเหนือจากตัวเลือกความปลอดภัยอื่นๆ แล้ว Bluetooth ยังมีคุณสมบัติสำหรับความไว้วางใจสองระดับและบริการความปลอดภัยสามระดับที่แตกต่างกัน อุปกรณ์ Bluetooth นั้นเชื่อถือได้หรือไม่น่าเชื่อถือ โดยทั่วไป อุปกรณ์ที่เชื่อถือได้มีความสัมพันธ์กับอุปกรณ์อื่นและสามารถเข้าถึงเครือข่ายได้อย่างเต็มที่ เครือข่ายจำกัดการเข้าถึงของอุปกรณ์ที่ไม่น่าเชื่อถือตามระดับความปลอดภัยของบริการ ระดับความปลอดภัยมีตั้งแต่หนึ่งถึงสามโดยที่ระดับหนึ่งปลอดภัยที่สุด

ความเสี่ยงด้านความปลอดภัย

แม้ว่าจะมีมาตรการรักษาความปลอดภัยหลายอย่าง แต่บุคคลที่เป็นอันตรายสามารถสอดแนมเครือข่าย Bluetooth แล้วขโมยข้อมูลของตนหรือควบคุมได้

• Bluesnarfing บังคับให้เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ Bluetooth และขโมยข้อมูลที่อุปกรณ์มีอยู่ นอกจากนี้ยังอาจขโมยข้อมูลประจำตัวของอุปกรณ์
• Bluejacking เกิดขึ้นเมื่อผู้โจมตีส่งข้อความไปยังอุปกรณ์ Bluetooth เพื่อดึงดูดให้เจ้าของอุปกรณ์ตอบกลับ
• Bluebugging ใช้ข้อบกพร่องในเฟิร์มแวร์ของอุปกรณ์เพื่อสั่งงานอุปกรณ์ผ่านบลูทูธ สิ่งนี้ทำให้ผู้โจมตีสามารถควบคุมอุปกรณ์ได้อย่างเต็มที่
• Car Whisperers สามารถควบคุมการไหลของเสียงในรถยนต์ Bluetooth พวกเขาสามารถส่งเสียงผ่านลำโพงหรือรับผ่านไมโครโฟน
• การปฏิเสธบริการคือการโจมตีที่ทำให้อินเทอร์เฟซ Bluetooth ใช้ไม่ได้และทำให้แบตเตอรี่ของอุปกรณ์หมด
• การโจมตีแบบ Fuzzing ใช้ข้อมูลที่มีข้อบกพร่องหรือแปลกที่ส่งไปยังวิทยุของอุปกรณ์ Bluetooth เพื่อดูว่าอุปกรณ์ตอบสนองอย่างไร