Wie funktioniert die Bluetooth-Technologie?

Bluetooth ist eine Möglichkeit, mehrere Geräte drahtlos mit kurzer Reichweite zu verbinden. Der ursprüngliche Zweck der Bluetooth-Technologie bestand darin, drahtlose Headsets zu entwickeln. Originelle Designs wurden von zwei Erfindungen von Johan Ullman inspiriert. 1999 wurde das erste Consumer-Bluetooth-Gerät, ein mobiles Freisprech-Headset, der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Viele Leute fragen sich, wie sich Bluetooth-Geräte ohne Kabel verbinden und interagieren können. Obwohl es einfach ist, Bluetooth-Verbindungen einzurichten, ist die Technologie dahinter komplex.

Herstellen einer Verbindung

Wenn zwei Geräte eine Verbindung herstellen müssen, müssen sie sich auf zwei Ebenen einigen. Auf physischer Ebene benötigen die Geräte eine Möglichkeit, Informationen untereinander zu senden. Bluetooth erreicht dies über Funksignale um die 2,4-GHz-Frequenz. Auf Protokollebene benötigen beide Geräte eine Reihe von Befehlen und Antworten, die beide verstehen. Bluetooth verwendet ein paketbasiertes Protokoll mit einer Master/Slave-Architektur. Im Wesentlichen bedeutet dies, dass ein Gerät andere Geräte im Netzwerk steuert und diese kommunizieren, indem sie Daten in kleine Pakete aufteilen, die sie hin und her senden können.

Frequenzen

Bluetooth-Geräte kommunizieren miteinander, indem sie über Funkwellen mit geringer Leistung übertragen. Im Allgemeinen überträgt Bluetooth mit 2,402 GHz und 2,480 GHz. Auch andere Geräte wie Babyphone, Garagentoröffner und einige schnurlose Telefone verwenden diese Frequenzen. Da es viele Geräte gibt, die diese Frequenzen verwenden können, ist es möglich, dass sie ein Bluetooth-Netzwerk stören. Die Bluetooth-Technologie vermeidet dies durch die Verwendung von Spread-Spectrum-Frequenz-Hopping. Obwohl dies komplex klingt, bedeutet es in Wirklichkeit nur, dass jedes einzelne Gerät zufällig zwischen 79 einzelnen Frequenzen hin und her springt, um im Bluetooth-Netzwerk zu kommunizieren. Dadurch wird sichergestellt, dass sich selten zwei Geräte auf derselben Frequenz befinden und dass sie, wenn dies der Fall ist, schnell auf eine neue Frequenz wechseln.

Geschwindigkeiten

Jede Generation von Bluetooth-Geräten hat eine andere Geschwindigkeitsbegrenzung, die sie nutzen können. Bluetooth-Datengeschwindigkeiten verwenden Messungen von Megabit pro Sekunde (Mbps). Obwohl dieser Begriff für diejenigen, die damit nicht vertraut sind, abstrakt erscheinen mag, ist er ein Industriestandard. Als Referenz arbeiteten DFÜ-Verbindungen mit nur 56 Kilobit pro Sekunde. Ein Megabit entspricht 1000 Kilobit. Bluetooth-Geräte der ersten Generation konnten nur eine maximale Geschwindigkeit von 1 Mbit/s verarbeiten. Bluetooth der aktuellen Generation, auch bekannt als Bluetooth 5.1, kann bis zu 2 Mbit/s verarbeiten. Dies entspricht Internetverbindungen mit niedrigerer Geschwindigkeit. Da Bluetooth jedoch auch Komprimierungsstandards enthält, ist es tatsächlich in der Lage, dieselben Informationen schneller zu senden als ein WLAN mit vergleichbarer Geschwindigkeit oder eine andere drahtlose Verbindung.

Piconets

Bis zu acht Geräte können sich in einem einzigen Bluetooth-Netzwerk verbinden. Wenn ein Bluetooth-Gerät in die 10-Meter-Reichweite eines Bluetooth-Netzwerks gelangt, führt es ein elektronisches Gespräch mit dem Master-Gerät, das alle Bluetooth-Geräte steuert. Dies geschieht automatisch und erfordert normalerweise keine Eingabe von einem Benutzer. Ein Bluetooth-Netzwerk ist ein Personal Area Network (PAN) oder ein Piconetz. Darüber hinaus können zwei Bluetooth-Pikonetze in derselben 10-Meter-Reichweite vorhanden sein, da jedes Gerät in den Netzwerken einen Frequenzsprung durchführt, um gegenseitige Störungen zu vermeiden.

Das elektronische Gespräch

Während des elektronischen Gesprächs, das Bluetooth-Geräte führen, tauscht jedes Gerät mehrere Informationen aus. Wenn ein Hersteller ein Bluetooth-Gerät erstellt, weist er ihm in erster Linie eine Adresse zu. Wenn das Gerät eine Verbindung zu einem Bluetooth-Netzwerk herstellen muss, sendet es Funksignale aus, um alle anderen Geräte, die ebenfalls über Adressen verfügen, um eine Antwort zu bitten. Andere Geräte mit Adressen antworten auf dieselben Funksignale und bilden ein Piconetz.

Streunetz

Dank der Fähigkeit von Bluetooth-Geräten zum Frequenzsprung ist es möglich, mehrere Bluetooth-Pikonetze in unmittelbarer Nähe ohne Störungen einzurichten. Es ist möglich, den Master eines Piconetzes zum Slave des zweiten Piconetzes zu machen. Damit sind die beiden Netzwerke nun in der Lage, parallel zu agieren. Da das zweite Netzwerk den Master des ersten Netzwerks steuert, kann es das erste Netzwerk steuern. Dieses System miteinander verbundener Piconetze ist ein Scatternet.

Sicherheitsmodi

Drahtlose Verbindungen sind notorisch weniger sicher als ihre kabelgebundenen Gegenstücke. Bluetooth-Netzwerke haben jedoch mehrere Sicherheitsstufen.

• Sicherheitsmodus 1 ist nicht sicher.
• Sicherheitsmodus 2 gibt einem Sicherheitsmanager die Kontrolle, der bestimmt, mit welchen Diensten und Geräten eine Verbindung hergestellt wird.
• Sicherheitsmodus 3 erfordert Authentifizierung und Verschlüsselung für alle Verbindungen.
• Sicherheitsmodus 4 gibt einem Sicherheitsmanager die Kontrolle, bietet jedoch zusätzliche Optionen zum Anpassen von Sicherheitsregeln

Vertraulichkeit

Da theoretisch jedes Gerät die von Bluetooth-Geräten verwendeten Funksignale empfangen und lesen kann, ist es wichtig, dass die Geräte die von ihnen gesendeten Informationen verschlüsseln. Es gibt drei Verschlüsselungsmodi, von denen jedoch nur zwei eine Verschlüsselung bieten. Verschlüsselungsmodus 1 bedeutet, dass die Netzwerkinformationen nicht verschlüsselt werden. Verschlüsselungsmodus 2 verwendet individuelle Schlüssel, um Informationen zu verschlüsseln, die an jedes einzelne Gerät gesendet werden. Verschlüsselungsmodus 3 verwendet einen Master-Link-Schlüssel, um alle im Netzwerk gesendeten Informationen zu verschlüsseln.

Servicelevel und Vertrauenslevel

Neben den anderen Sicherheitsoptionen bietet Bluetooth auch Funktionen für zwei Vertrauensstufen und drei verschiedene Sicherheitsstufen. Ein Bluetooth-Gerät ist entweder vertrauenswürdig oder nicht vertrauenswürdig. Im Allgemeinen haben vertrauenswürdige Geräte eine Beziehung zu einem anderen Gerät und haben vollen Zugriff auf das Netzwerk. Das Netzwerk beschränkt den Zugriff nicht vertrauenswürdiger Geräte gemäß der Dienstsicherheitsstufe. Die Sicherheitsstufen reichen von eins bis drei, wobei eine die sicherste ist.

Sicherheits Risikos

Obwohl es viele Sicherheitsmaßnahmen gibt, können böswillige Personen in Bluetooth-Netzwerken schnüffeln und dann ihre Informationen stehlen oder kontrollieren.

• Bluesnarfing erzwingt eine Verbindung zu einem Bluetooth-Gerät und stiehlt Daten, die das Gerät enthält. Es kann auch die Identitätsinformationen des Geräts stehlen.
• Bluejacking tritt auf, wenn ein Angreifer Nachrichten an ein Bluetooth-Gerät sendet, um den Gerätebesitzer zu einer Reaktion zu verleiten.
• Bluebugging verwendet einen Fehler in der Firmware des Geräts, um das Gerät über Bluetooth zu steuern. Dadurch erhält der Angreifer die volle Kontrolle über das Gerät.
• Autoflüsterer können den Audiofluss in Bluetooth-Autos steuern. Sie können Audio über die Lautsprecher senden oder über ein Mikrofon empfangen.
• Denial of Service ist ein Angriff, der die Bluetooth-Schnittstelle unbrauchbar macht und den Akku des Geräts entlädt.
• Fuzzing-Angriffe verwenden fehlerhafte oder ungewöhnliche Daten, die an das Radio eines Bluetooth-Geräts gesendet werden, um zu sehen, wie das Gerät reagiert.