BLE Geräte mit NFC verbinden

Wo ist denn jetzt wieder dieses Headset?

Wer kennt es nicht, man möchte sein Smartphone mit einem Bluetooth-Gerät verbinden, startet den Suchvorgang und plötzlich sieht man den Wald vor lauter Bäumen, ähh… verfügbaren Clients, nicht mehr. Da wäre es doch schön eine einfache Möglichkeit zu haben das Smartphone mit diesem einen, bestimmten Gerät zu verbinden. Und hier kommt NFC initiated Bluetooth pairing ins Spiel, dass ich dir genauer erklären möchte:

 

Wie kann ich komfortabel eine Bluetooth-Low-Energy-Verbindung aufbauen?

Secure Simple Pairing bei Bluetooth low energy (BLE) bietet diese Möglichkeit. Hierdurch können auf einem zweiten Kommunikationsweg die nötigen Informationen übertragen werden, um eine BLE-Verbindung aufzubauen. Die Benutzung von NFC für größtmöglichen Komfort wird auch als Tap-to-pair bezeichnet.

Der prinzipielle Vorgang ist in der folgenden Darstellung zu sehen.

Dabei liest das Smartphone die für den BLE-Verbindungsaufbau nötigen Daten per NFC von einem Tag aus. Diese Daten müssen im NFC Data Exchange Format (NDEF) vorliegen. Den Inhalt erläutere ich im Anschluss noch genauer, er beinhaltet aber zumindest die statische BLE-Geräteadresse des Clients. Mittels dieser Adresse kann das Smartphone anschließend einen Connection Request an den Client senden und somit, wenn der Client entsprechend konfiguriert ist, automatisiert die Verbindung aufbauen. Diese Funktion ist bei allen aktuellen Smartphones implementiert.

 

Wie baue ich eine Bluetooth-Low-Energy-Verbindung mit NFC auf?

Im einfachsten Fall ist die NDEF-Nachricht auf dem NFC-Chip wie folgt aufgebaut:

Der Record type spezifiziert den Inhalt der NDEF-Message. Neben den Daten für den BLE-Verbindungsaufbau kann hier beispielsweise auch eine zu startende App oder eine aufzurufende Webseite angegeben werden.

Wie diese Nachrichten auf dem NFC-Chip abzulegen und gegebenenfalls konfigurieren sind, kann in den Datenblättern oder Application Notes der verwendeten Chips im Detail nachgelesen werden.

 

Welche Möglichkeiten habe ich die BLE-Verbindung zu sichern?

Der bisher beschriebene Verbindungsaufbau wird als Just-Works bezeichnet und bietet keine Sicherung des Verbindungsaufbaus, die Datenübertragung bei aufgebauter Verbindung hingegen ist immer gesichert. Der einzige mögliche Schutz bei Just-Works ist BLE erst beim Auslesen des Clients zu aktivieren und somit einen physischen Zugriff auf das Gerät sicherzustellen.
SSP definiert drei Möglichkeiten, um eine Verbindung zu sichern. Diese Verfahren können je nach Fähigkeiten der Geräte verwendet werden.

Die Verfahren sind:
– Numeric comparison: Auf beiden Geräten werden 6-stellige Codes berechnet und angezeigt, wenn dieses Übereinstimmen muss auf beiden Geräten die Verbindung bestätigt werden.
– Passkey Entry: Auf einem der Geräte wird ein Code angezeigt, der beim Verbindungspartner eingegeben werden muss.
– Out-Of-Band (OOB): Hier werden die nötigen Schlüssel für den sicheren Verbindungsaufbau über einen alternativen Kanal übertragen, in diesem Beispiel NFC. Bedingt durch die geringe Reichweite wird die Kommunikation gegen Abhören gesichert.

Somit lässt sich durch die Verwendung eines NFC-Chips neben des Komfortgewinns auch die Sicherheit der Verbindung erhöhen. Durch die geringen Kosten der Bauteile oder bereits vorhandene Funktionalität der BLE-Module sollte bei Verwendung von Bluetooth (das beschriebene Vorgehen ist auch beim klassischen Bluetooth möglich) auch immer die Möglichkeit des NFC Pairings in Betracht gezogen werden.

Bei Fragen, Anmerkungen oder wenn Sie Hilfe beim Thema BLE und Pairing benötigen können Sie jederzeit auf mich zukommen.

Anmerkung: Die technischen Abläufe sind von der Bluetooth Special Interest Group (SIG) spezifiziert und können in den Bluetooth Core Spezifikationen ab Version 4.0 nachgelesen werden.

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Autor

  • Benjamin Eichinger

    Benjamin hat einen Bachelor in Medizintechnik und einen Master in Elektrotechnik. Bei MEDtech Ingenieur arbeitet er überwiegend in der Softwareentwicklung. Neben der hardwarenahen Programmierung in C und C++ erstellt er auch grafische Oberflächen unter Verwendung der Qt-Klassenbibliothek.

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