Bluetooth: tutte le informazioni importanti sul popolare standard radiofonico

In genere la trasmissione di dati tra diversi dispositivi digitali non è problematica, purché abbiate a portata di mano il giusto cavo per collegarli. In caso contrario, dovete ricorrere a una trasmissione più laboriosa tramite WLAN o Cloud per condividere ad esempio le foto della vostra ultima serata con gli amici. C'è tuttavia un altro metodo con il quale il trasferimento di immagini, video e file audio diventa un gioco da ragazzi. Il suo nome? Bluetooth. I possibili utilizzi? Potenzialmente illimitati.

Il termine Bluetooth indica una tecnologia di rete che è stata elevata a standard industriale per la radiocomunicazione dal gruppo di lavoro IEEE 802.15.1 dell'Institute of Electrical and Electronics Engineers statunitense. Il Bluetooth viene utilizzato per la trasmissione point-to-point senza fili e con connessione di voce e dati tra due dispositivi digitali distinti. L'obiettivo principale della tecnologia è quello di sostituire, o rendere del tutto obsoleti, i collegamenti con fili: particolarmente vantaggioso per dispositivi mobili come smartphone e tablet.

Rispetto alle altre tecnologie di trasferimento come USB, LAN o WLAN, il Bluetooth viene utilizzato per il trasferimento di dati su breve distanza ed è caratterizzato dalla semplicità ed efficienza del modo in cui stabilisce il collegamento. Rispetto alle altre tecnologie menzionate, raggiunge tuttavia velocità di trasmissione inferiori, per cui l'invio di pacchetti dati di dimensioni più grandi può richiedere più tempo. Per la trasmissione di file singoli e usi meno complessi, invece, il Bluetooth rappresenta senza dubbio la soluzione ideale.

L'invenzione del Bluetooth è senz'altro riconducibile al diffuso problema dei cavi: sin dagli anni '80 sono stati diversi i tentativi di sostituire le tecnologie di trasmissione convenzionali con fili con alternative senza fili. Un candidato promettente fu la tecnologia a infrarossi, che veniva utilizzata ad esempio per collegare computer e stampanti. Il consumo relativamente elevato di energia elettrica e la necessità di stabilire e mantenere un "contatto visivo" tra i due dispositivi comunicanti ha impedito tuttavia che questa tecnologia si affermasse.

In seguito, negli anni '90, un consorzio composto dalle imprese elettroniche Ericsson, IBM, Intel, Nokia e Toshiba creò il Bluetooth Special Interest Group (in breve: Bluetooth SIG), che aveva l'obiettivo di sviluppare una tecnologia propria. Fino ad allora, "Bluetooth" non era altro che il nome in codice del progetto, ma in mancanza di proposte alternative venne ben presto adottato come nome definitivo del marchio.

Il fatto che le due imprese, Ericsson e Nokia, provengano entrambe dalla Scandinavia, è sicuramente stato determinante nella scelta del nome: Harald Blåtand, in italiano “dente blu” e in inglese “blue tooth”, fu il re vichingo danese che riuscì, nel X secolo, a unificare le tribù nemiche della Norvegia e della Danimarca in un unico regno. L'iconico simbolo del Bluetooth è composto dalle antiche rune germaniche ᚼ e ᛒ, le iniziali di Harald Blåtand (HB).

Il Bluetooth è il risultato della cooperazione tra diverse parti. Le basilari procedure radiofoniche sono essenzialmente riconducibili al lavoro del professore olandese Jaap Haartsen e dello svedese Sven Mattisson, entrambi impiegati presso l'impresa di Internet e rete mobile Ericsson. Altri aspetti del Bluetooth sono invece in gran parte opera dei gruppi tecnologici Intel e Nokia. Vi spieghiamo i dettagli tecnici.

Affinché un dispositivo digitale diventi "compatibile con il Bluetooth", deve disporre di un software specifico di controllo del trasferimento dati e un particolare chip Bluetooth dotato di un'unità trasmittente e una ricevente installato nei componenti hardware. Tra i produttori più conosciuti di questi chip figurano Atheros, Nordic Semiconductor e Toshiba. È inoltre possibile collegare un adattatore Bluetooth all'interfaccia USB di un dispositivo per usufruire di questa funzione.

La frequenza Bluetooth rientra nella banda ISM non soggetta a licenza nell'intervallo da 2,402 GHz a 2,480 GHz. I dispositivi compatibili che rispettano gli standard del Bluetooth SIG possono, in qualità di Short Range Devices (SRD), operare senza restrizioni a livello mondiale in questa banda di frequenze. Ogni dispositivo, per identificarsi come tale, dispone di un indirizzo MAC a 48 bit individuale.

Una connessione può essere avviata da qualunque dispositivo che assume il ruolo di "Master" ("padrone") rispetto a uno "Slave" ("schiavo", ossia i dispositivi connessi), creando una cosiddetta "piconet" (una rete Bluetooth). Questo rimane attivo fino a quando il Master non disattiva la funzione Bluetooth nel proprio sistema. I dispositivi che vogliono collegarsi a una piconet "ascoltano" nella modalità scan, a intervalli di 2,56 secondi, il segnale del Master. La connessione viene generalmente stabilita nel giro di 1,28 secondi. La connessione di due o più dispositivi tramite Bluetooth viene chiamata anche "pairing" ("accoppiamento").

Nella pratica è necessario che la distanza tra i partecipanti di una piconet sia ridotta e che la funzione Bluetooth del rispettivo dispositivo sia attiva. L'attivazione avviene, a seconda del dispositivo, tramite un software specifico, una casella di controllo o un pulsante, contraddistinti dal simbolo del Bluetooth. La connessione deve in seguito essere autorizzata mediante un PIN (spesso a quattro cifre) che viene visualizzato sullo schermo del dispositivo Slave o è riportato nel rispettivo manuale

Questa procedura di accesso ha lo scopo di garantire la sicurezza nei confronti di terzi e deve, in genere, essere eseguita soltanto una volta. Il dispositivo "accoppiato" viene salvato in un elenco e si connette automaticamente non appena entra nel raggio della piconet, purché il Bluetooth sia attivato.

La piconet è costituita da un massimo di otto dispositivi Bluetooth attivi. La modalità di standby a risparmio energetico o PARK consente inoltre di costituire piconet con fino a 200 dispositivi che possono essere attivati su richiesta. Un dispositivo Bluetooth può partecipare contemporaneamente a più piconet in qualità di Slave, ma solo in una come Master. Fino a dieci piconet formano una cosiddetta scatternet. Tutti i dispositivi all'interno di questa rete possono entrare in contatto con gli altri, tuttavia ne risente la velocità di trasmissione dei dati.

Ogni chip Bluetooth viene fornito con un cosiddetto stack di protocollo. Si tratta di un pacchetto software che contiene i servizi legati all'utilizzo di diversi profili Bluetooth. Simile ai driver di un computer, i profili stabiliscono quale tipo di dati possono essere scambiati tra i dispositivi e quali sono, di conseguenza, i servizi fruibili. I profili supportati da un dispositivo possono, in genere, essere verificati nei relativi dati tecnici. Per poter usufruire di determinate funzioni è necessario che tutti i dispositivi partecipanti supportino lo stesso profilo. Spesso è possibile accedere a profili mancanti e integrarli ad esempio tramite il sito web del produttore del chip o del fornitore dello stack.

La seguente tabella riporta alcuni dei profili standard più utilizzati. Tuttavia, poiché vengono costantemente aggiunti nuovi profili per poter reagire in modo flessibile alle nuove esigenze dei dispositivi, non ha la pretesa di essere esaustiva.

Il Bluetooth può essere utilizzato in moltissimi modi e contesti, per questo di seguito vi presentiamo soltanto alcuni esempi.

• Computer e notebook: molti degli attuali sistemi operativi Windows e Linux supportano di default il Bluetooth. Un chip integrato nell'hardware consente il collegamento di diverse periferiche come mouse, tastiere, auricolari e stampanti. La tecnologia radio viene utilizzata anche per i security token nell'ambito dell'autenticazione a due fattori.
• Dispositivi mobili: i chip Bluetooth sono integrati praticamente in tutti i telefoni cellulari e tablet moderni e possono, ad esempio, essere utilizzati per sincronizzare file, foto e video con il computer di casa.
• Dispositivi audio: molti altoparlanti e auricolari wireless sono dotati di Bluetooth, che consente di riprodurre file MP3 direttamente dallo smartphone.
• Sistemi di vivavoce: se lo smartphone è accoppiato tramite Bluetooth con il sistema vivavoce dell'autoradio o del casco da motociclista, è possibile rispondere direttamente alle chiamate in arrivo. Nei veicoli ben equipaggiati, il computer di bordo è anche compatibile con la tecnologia radio, in modo che il display dell'abitacolo possa essere utilizzato per navigare attraverso i contatti e i menu del telefono cellulare.
• Attrezzature fitness e tecnologie smart home: alcuni fitness tracker e smartwatch inviano i dati sulla salute tramite Bluetooth direttamente a un'applicazione dedicata sullo smartphone. Anche gli elettrodomestici da cucina, i sistemi di allarme, le chiavi elettroniche e le cornici digitali che supportano la tecnologia Bluetooth, contribuiscono al successo mondiale dei sistemi smart home.
• Giocattoli e console di gioco: l'industria dei giocattoli introduce costantemente nuove bambole e action figure sul mercato in grado di comunicare e interagire tra loro tramite Bluetooth. Anche i controller delle console per videogiochi più diffuse come Nintendo Switch, PlayStation 4 e Xbox One funzionano con lo standard radiofonico.
• Tecnologia medica: gli apparecchi acustici delle fasce di prezzo più elevate possono essere dotati di funzioni vivavoce grazie al Bluetooth. Consente inoltre di configurare via radio le protesi all'avanguardia per braccia e gambe, pompe per insulina e misuratori di glicemia.
• Industria: infine, la tecnologia di comunicazione wireless favorisce la progressione del settore stesso mettendo in rete macchine e impianti di produzione, consentendo così di automatizzare in larga misura i processi produttivi.

La prima versione del nuovo standard radio, Bluetooth 1.0a, uscì a metà del 1999, allora con una velocità di trasmissione dati di 732,2 kbit/s. Tuttavia, proprio come la versione successiva 1.0b, ha dovuto lottare con alcuni difetti iniziali e problemi di sicurezza. Solo con Bluetooth 1.1 (inizio 2001) è riuscita a crearsi una base solida per prodotti commercializzabili. Da allora il sistema è stato continuamente sviluppato e migliorato con particolare attenzione a sicurezza, resistenza alle interferenze e velocità di connessione.

Il risultato è una varietà di versioni Bluetooth che si basano l'una sull'altra e si differenziano principalmente per la massima velocità di trasferimento dati possibile, ma anche per le funzionalità e l'area di applicazione.

Ora sono oltre dieci le versioni Bluetooth disponibili, tutte compatibili tra loro ad eccezione della versione 4.0 LE a basso consumo energetico. Oggi le versioni più vecchie di Bluetooth 3.0 vengono utilizzate raramente.

Dopo che alcuni utenti ed esperti avevano già parlato di Bluetooth come "stella cadente", la versione 4.0 LE ha dato un nuovo impulso a questa tecnologia. Lo stack di protocollo Low Energy ha permesso un risparmio energetico senza precedenti, rendendo il Bluetooth utilizzabile anche sui dispositivi più piccoli come gli smartwatch, le serrature elettroniche e le lampadine intelligenti. Da allora lo standard radio, vecchio di quasi 20 anni, è diventato una delle più importanti forze trainanti dell'Internet delle cose (Internet of Things, in breve: IoT).

La versione 4.1 consente ora ai dispositivi più piccoli di comunicare con altri dispositivi anche senza un "intermediario". Questo significa, ad esempio, che un bracciale fitness può comunicare direttamente con un cardiofrequenzimetro senza dover passare tramite uno smartphone. Un'altra novità è il supporto di IPv6, che fornisce ad ogni dispositivo IoT compatibile con il Bluetooth il proprio indirizzo IP che può essere utilizzato dall'utente per accedervi da Internet. La versione 4.2, caratterizzata da pacchetti dati più piccoli, maggiore velocità, maggiore durata della batteria e maggiore sicurezza, finora è stata tuttavia considerata l'apice tecnologico.

Ma anche questa non segna la fine del percorso: nel dicembre 2016 il SIG ha lanciato il tanto atteso Bluetooth 5, che continua a specializzarsi nei dispositivi IoT e che è migliorato sotto ogni aspetto rispetto al suo predecessore. L'obiettivo è quello di aumentare la capacità di trasmissione dell'800% mantenendo lo stesso basso livello di consumo energetico e di raggiungere portate fino a 200 metri (all'esterno) e 40 metri (all'interno). Ciò dovrebbe anche contribuire all'ulteriore sviluppo dei cosiddetti beacon. Si tratta di piccoli trasmettitori Bluetooth che vengono utilizzati, ad esempio, nei musei per inviare informazioni aggiuntive agli smartphone dei visitatori.

Anche se il numero di dispositivi che supportano la nuova versione è al momento ancora abbastanza ridotto, alcuni esperti considerano il Bluetooth 5 una pietra miliare tecnologica che ha cambiato le nostre vite che potrebbe addirittura superare la WLAN (almeno nell'area IoT).

Per quanto riguarda la questione della portata massima del Bluetooth, finora si possono distinguere tre classi che dipendono dalle esigenze del dispositivo in questione:

Va ricordato che l'uso della tecnologia Bluetooth richiede sempre un compromesso tra la velocità di trasmissione/portata e il consumo energetico. La versione 4.0, ad esempio, richiede poca energia nella modalità Low Energy, ma raggiunge solo 1 Mbit/s con una portata massima di 10 metri. Nel funzionamento normale è possibile raggiungere un massimo di 25 Mbit/s, il che aumenta proporzionalmente però sia la portata che il fabbisogno energetico.

I produttori di dispositivi che supportano la tecnologia Bluetooth devono quindi calcolare esattamente come configurare i propri prodotti per renderli adatti all'uso cui sono destinati. Solo l'ultima versione, Bluetooth 5, è in grado di raggiungere una portata di 200 metri all'esterno e 40 metri all'interno grazie alle avanzate misure di risparmio energetico, ma può essere utilizzata anche in modalità LE o EDR.

Nel complesso la portata massima di un dispositivo abilitato Bluetooth dipende sempre dal luogo di utilizzo, se è all'esterno o all'interno (ad esempio all'interno di un appartamento). Il motivo: ostacoli come pareti, mobili di grandi dimensioni o strutture metalliche possono disturbare il collegamento. La struttura delle antenne di trasmissione e ricezione utilizzate sui percorsi di comunicazione radio e il tipo di pacchetti dati da trasmettere sono ulteriori parametri che possono essere decisivi per la portata di una connessione Bluetooth.

Diversi metodi, che possono essere raccolti sotto il termine collettivo "Frequency Hopping", hanno ridotto la suscettibilità del Bluetooth alle interferenze per ogni versione. Con questa tecnologia la banda di frequenza utilizzata viene suddivisa in singoli canali della stessa dimensione, che vengono modificati diverse migliaia di volte al secondo e a seconda delle necessità per garantire una trasmissione costante e priva di interferenze. In questo modo si garantisce che la comunicazione Bluetooth e altre connessioni wireless come WLAN, LTE o microonde non interferiscano tra loro.

Grazie alla cifratura e a diversi altri meccanismi di sicurezza, il Bluetooth è in genere considerato relativamente sicuro. Tuttavia, è già stato più volte dimostrato che anche le versioni più recenti dello standard radio sono vulnerabili, ad esempio a causa di implementazioni errate da parte dei produttori.

Il bersaglio più comune è quasi sempre la procedura di accesso durante il pairing, durante la quale i criminali informatici tentano di ottenere il PIN utilizzato per l'autorizzazione. Dal momento che questo deve essere assegnato una sola volta per ogni configurazione di connessione, solitamente la finestra temporale per tali attacchi è estremamente breve.

Esiste, tuttavia, un trucco che non richiede né grandi competenze informatiche né tecnologie speciali: con un attacco "Bluesmack" gli aggressori disturbano una connessione Bluetooth già esistente e costringono gli utenti ignari a scambiare nuovamente un PIN che gli aggressori intercettano per poter accedere al rispettivo dispositivo. Questo permette loro di intercettare e manipolare i flussi di dati ("bluesnarfing") e causare danni economici, attivando hotline e servizi SMS a pagamento ("bluebugging"). Affinché un attacco di questo tipo abbia successo, tuttavia, gli aggressori devono trovarsi nelle vicinanze dei dispositivi da hackerare.

Come utenti Bluetooth, potete tuttavia prendere alcune precauzioni:

• Prima di acquistare un dispositivo digitale, chiedete se è possibile assegnare manualmente un PIN per le connessioni Bluetooth (chiavi standard come "0000" o "1234" definite dai produttori non offrono una sicurezza sufficiente).
• Disattivate l'opzione "Secure Simple Pairing" (collegamento automatico a nuovi dispositivi senza PIN, ad es. Bluetooth 2.1 + EDR) e tornate a stabilire ogni connessione Bluetooth solo manualmente.
• Se il software lo consente, selezionate un codice PIN lungo, di almeno otto caratteri numerici.
• Disattivate la "modalità di rilevamento" per anonimizzare il vostro nome utente Bluetooth.
• Evitate di utilizzare il Bluetooth in luoghi affollati, come i luoghi pubblici, dove è più probabile che un hacker si trovi nelle immediate vicinanze.
• Memorizzate i dispositivi affidabili nell'elenco dei dispositivi Bluetooth. In questo modo non sarà più necessario inserire nuovamente il PIN quando si stabilisce una connessione in un secondo momento, eliminando un importante punto di attacco.
• Se una connessione già esistente richiede una nuova autorizzazione tramite PIN, è un segnale di allarme. In questo caso interrompete momentaneamente il tentativo di connessione e spostatevi per uscire dal raggio d'azione di un possibile aggressore.
• Disattivate il Bluetooth immediatamente dopo l'utilizzo. Attivate il Bluetooth solo quando dovete utilizzarlo, farà bene anche alla durata della batteria del vostro dispositivo digitale.

Il Bluetooth è stato dichiarato morto diverse volte perché la tecnologia radio era troppo complicata e lenta rispetto alla semplicissima e veloce trasmissione via cavo. Ma questa visione è da lungo superata, perché in seguito il Bluetooth si è fatto conoscere con la versione 4.0 a basso consumo energetico, diventata la forza trainante dell'Internet delle cose. E se c'è una cosa su cui gli esperti economici sono d'accordo è proprio questa: gli oggetti smart di uso quotidiano come i fitness tracker, i dispositivi smart home e i computer di bordo appartengono al futuro. Possiamo quindi presumere che il Bluetooth difenderà la sua reputazione di standard industriale per molto tempo ancora.