Bluetooth : tout sur cette norme radio incontournable

D’une manière générale, la transmission de données entre différents terminaux numériques ne constitue pas un problème, si tant est que vous disposiez du câble de connexion adapté. Dans le cas contraire, vous devrez effectuer un long détour, en passant par un réseau wifi ou par le Cloud, afin de pouvoir partager les photos de votre dernière soirée entre amis. Mais il existe une autre méthode permettant de transférer des images, des vidéos et des fichiers audio en toute simplicité. Son nom : le Bluetooth. Ses applications possibles : quasi infinies.

Le terme Bluetooth désigne une technologie de réseau que le groupe de travail américain IEEE 802.15.1 de l’Institute of Electrical and Electronics Engineers a érigé comme une norme industrielle pour les connexions radio. Le Bluetooth sert à la transmission point à point avec ou sans connexion de paroles et de données entre les terminaux numériques les plus divers. L’objectif principal de cette technologie est de remplacer les connexions filaires ou de les rendre entièrement obsolètes, un avantage considérable, en particulier pour les appareils mobiles comme les smartphones et les tablettes.

Par rapport à d’autres technologies de transfert telles que l’USB, les réseaux locaux (LAN) ou le wifi, le Bluetooth est spécialisé dans un transfert de données sur des distances plutôt courtes ainsi que sur une procédure de connexion simple et basse consommation. Contrairement aux autres technologies citées, le Bluetooth ne permet généralement pas d’atteindre des vitesses de transfert élevées et l’envoi de paquets de données trop volumineux peut demander un certain temps. En revanche, pour des fichiers individuels ou pour des services et des applications moins complexes, le Bluetooth constitue incontestablement la solution idéale.

L’invention du Bluetooth est intervenue en réponse au problème bien connu des enchevêtrements de câbles : depuis les années 1980, les ingénieurs ont tenté par diverses approches de remplacer les technologies de connexion filaires traditionnelles par des alternatives sans fil. La technologie infrarouge, qui intervient par exemple dans la communication entre les ordinateurs et les imprimantes, semblait être un candidat prometteur. Cependant, sa forte consommation en énergie et la nécessité d’établir et de maintenir un contact visuel direct entre les appareils à connecter n’ont pas permis à cette technologie de s’imposer.

Dans les années 1990, un consortium entre les entreprises d’électronique Ericsson, IBM, Intel, Nokia et Toshiba appelé Bluetooth Special Interest Group (abrégé en Bluetooth SIG), a été créé et a développé sa propre solution technologique. Même si jusqu’alors, « Bluetooth » n’était que le nom de code du projet, il fut bientôt choisi comme nom de marque définitif faute d’autres propositions.

Le fait que les entreprises Ericsson et Nokia soient toutes deux originaires de Scandinavie a certainement été un facteur déterminant pour le choix du nom : le mot « Bluetooth » fait en effet référence à Harald à la dent bleue, un roi viking danois qui, au 10^e siècle, est parvenu à unifier les tribus ennemies de la Norvège et du Danemark en un seul et même royaume. Le symbole Bluetooth aujourd’hui devenu iconique est en réalité un mélange inspiré des runes ᚼ et ᛒ représentant les initiales de Harald à la dent bleue (HB).

Le Bluetooth est le résultat d’une collaboration entre de nombreuses parties prenantes. Les premiers travaux sur la technologie radio ont en effet été réalisés par le professeur néerlandais Jaap Haartsen et le Suédois Sven Mattisson, qui travaillaient tous deux pour l’entreprise de téléphonie mobile et d’Internet Ericsson. D’autres aspects du Bluetooth sont en grande partie dus aux groupes de technologie Intel et Nokia. Nous vous en expliquons les bases techniques.

Pour qu’un appareil numérique soit « compatible Bluetooth », il doit disposer d’un logiciel de gestion de transfert de données adéquat ainsi que d’une puce Bluetooth spéciale installée de façon permanente dans le matériel et disposant d’une unité émettrice et réceptrice. Parmi les fabricants connus de puces de ce type, on trouve notamment Atheros, Nordic Semiconductor ou Toshiba. Il est également possible de raccorder un adaptateur Bluetooth à l’interface USB d’un appareil afin de lui octroyer cette fonctionnalité.

La fréquence Bluetooth dédiée est située dans une bande ISM sans licence et est comprise entre 2,402 GHz et 2,480 GHz. En tant que dispositifs à courte portée (DCP ou AFP pour « appareil à faible portée »), les appareils compatibles répondant aux normes de Bluetooth SIG peuvent émettre dans cette plage de fréquence dans le monde entier, sans autorisation. Pour pouvoir s’identifier de façon claire dans le cadre de cette transmission, chaque appareil dispose d’une adresse MAC individuelle de 48 bits.

Une connexion peut provenir de n’importe quel appareil qui se pose ainsi en « maître » par rapport aux « esclaves » (c’est-à-dire les appareils participants) et crée de la sorte un « picoréseau » (un réseau Bluetooth). Ce réseau reste en vigueur tant que le maître n’a pas désactivé la fonction Bluetooth dans son système. Les appareils souhaitant entrer dans le picoréseau recherchent un signal en mode « scan » toutes les 2,56 secondes. La connexion est alors établie en 1,28 seconde en moyenne. On appelle également la connexion via Bluetooth de deux appareils ou plus « appairage » (de l’anglais « pairing »).

En pratique, les participants à un picoréseau doivent se situer à proximité immédiate des uns et des autres et avoir activé la fonction Bluetooth sur leurs appareils respectifs. Selon l’appareil, l’activation est effectuée à l’aide d’un logiciel spécifique, d’un champ de contrôle ou d’une icône faisant apparaître le symbole Bluetooth. La connexion doit ensuite être autorisée à l’aide d’un code PIN (généralement à quatre chiffres) qui est affiché sur l’écran de l’appareil esclave ou indiqué dans le manuel correspondant. Ce processus appelé « attribution des clés » sert à sécuriser l’accès contre des tiers et est généralement effectué une seule fois. L’appareil « appairé » est ensuite enregistré dans une liste et se connecte toujours automatiquement dès qu’il se trouve à portée du picoréseau, à condition que le Bluetooth soit activé.

Le picoréseau est constitué au maximum de huit appareils compatibles Bluetooth participant activement au réseau. En théorie il est possible, par ailleurs, de placer jusqu’à env. 200 autres appareils en mode standby ou parked dans le réseau et de les activer sur demande. Un appareil compatible Bluetooth peut être connecté simultanément dans plusieurs picoréseaux en tant qu’esclave, mais dans un seul en tant que maître. Un maximum de dix picoréseaux peuvent être reliés entre eux et former un scatternet. Chaque appareil contenu dans ce réseau peut contacter les autres picoréseaux, ce qui impacte toutefois le taux de transfert des données.

Chaque puce Bluetooth s’accompagne d’une pile de protocoles. Il s’agit d’un paquet logiciel comprenant les services permettant d’utiliser les différents profils Bluetooth. Comme pour les pilotes d’un ordinateur, ces profils définissent quels types de données peuvent être transmis entre les appareils et quels services sont ainsi disponibles. Les profils qu’un appareil peut maîtriser peuvent généralement être lus à partir de ses données techniques. Pour permettre l’utilisation de certaines fonctionnalités, tous les appareils participants doivent supporter les mêmes profils. Il est souvent possible d’acquérir ou de compléter des profils manquants, par ex. sur le site Internet du fabricant de la puce ou du fournisseur de la pile.

Le tableau suivant contient certains des profils standard les plus utilisés. Mais comme de nouveaux profils sont constamment ajoutés afin de réagir de façon flexible aux nouvelles exigences des appareils, il n’est pas exhaustif.

Les possibilités d’utilisation et domaines d’application du Bluetooth sont divers et variés. C’est pourquoi nous vous donnons uniquement quelques exemples ci-après.

• Ordinateurs et notebooks : de nombreux systèmes d’exploitation Windows et Linux actuels supportent le Bluetooth par défaut. Une puce montée dans le matériel permet la connexion de différents périphériques comme une souris, un clavier, des écouteurs et une imprimante. Par ailleurs, cette technologie radio est utilisée pour les jetons de sécurité dans le cadre de l’authentification à double facteur.
• Appareils mobiles : les puces Bluetooth sont intégrées dans pratiquement tous les téléphones portables et toutes les tablettes modernes. Elles permettent par exemple de synchroniser des fichiers, photos et vidéos avec l’ordinateur personnel.
• Périphériques de sortie audio : un grand nombre d’enceintes et d’écouteurs sans fil sont équipés du Bluetooth, permettant ainsi de lire les fichiers MP3 directement depuis le smartphone.
• Kit mains libres : en connectant un smartphone au kit mains libres de l’autoradio ou du casque de moto via Bluetooth, il est possible de prendre directement les appels entrants. Dans les véhicules bien équipés, l’ordinateur de bord est également compatible avec la technologie radio afin de permettre de naviguer dans les contacts et les menus du smartphone via l’affichage du tableau de bord.
• Appareils de fitness et de domotique : certains fitness-trackers et certaines montres connectées ont recours au Bluetooth pour transférer directement des données de santé dans l’application correspondante installée sur le smartphone. Les appareils de cuisine, les systèmes d’alarme, les clés électroniques et les cadres photo numériques compatibles Bluetooth contribuent quant à eux à la progression triomphante des systèmes de domotique.
• Jouets et consoles de jeu : l’industrie du jouet introduit en permanence sur le marché de nouvelles poupées et « action figures » capables de communiquer et d’interagir à l’aide du Bluetooth. Les manettes de jeu de certaines consoles de jeu appréciées, comme la Nintendo Switch, la PlayStation 4 et la Xbox One, fonctionnent avec cette norme radio.
• Technologies médicales : grâce au Bluetooth, les appareils auditifs hauts de gamme peuvent être dotés de fonctionnalités mains libres. Il permet d’autre part de configurer les prothèses de bras et de jambe, les pompes à insuline et les appareils de mesure de la glycémie par communication radio.
• Industrie : cette technologie de communication sans fil fait avant tout progresser l’industrie en connectant ensemble les machines et les installations de fabrication, permettant ainsi une large automatisation des processus de production.

La première version de cette nouvelle technologie radio, Bluetooth 1.0a, est apparue en 1999 et disposait à l’époque d’une vitesse de transmission des données de 732,2 kbit/s. Mais, comme la version 1.0b qui l’a suivie, elle a connu un certain nombre de défauts et de problèmes de sécurité initiaux. C’est seulement avec la version Bluetooth 1.1 (début 2001) que le Bluetooth a su s’imposer comme une base fiable pour les produits commercialisables. Depuis cette date, le système a été constamment développé et amélioré en accordant une importance toute particulière à la sécurité, à la résistance aux pannes et à la vitesse de connexion.

Il existe aujourd’hui une multitude de versions Bluetooth basées les unes sur les autres, qui se distinguent principalement par leur vitesse de transmission des données maximale ainsi que par leur fonctionnalité et leur domaine d’application.

Aujourd’hui, il existe donc plus de dix versions de Bluetooth, compatibles les unes avec les autres, à l’exception de la version basse consommation 4.0 LE. Désormais, les versions plus anciennes comme le Bluetooth 3.0 ne sont que rarement utilisées.

Après que certains utilisateurs et experts ont parlé du Bluetooth comme d’une « étoile en déclin », la version 4.0 LE a fait souffler un vent de fraîcheur sur cette technologie. La pile de protocoles Low Energy a permis des économies d’énergie inédites, ce qui a rendu possible une utilisation du Bluetooth sur de petits appareils comme les montres connectées, les serrures électroniques et les ampoules intelligentes. Depuis lors, cette norme radio, qui fêtera bientôt ses 20 ans, est considérée comme l’un des principaux moteurs de l’Internet des objets (Internet of Things, abrégé en IoT ou IdO).

La version 4.1 permet aux petits appareils de communiquer avec d’autres périphériques sans intermédiaire. Une montre connectée est ainsi en mesure de gérer directement la mesure du pouls sans devoir passer par un smartphone. Une autre nouveauté est apparue dans la compatibilité avec IPv6, qui attribue à chaque appareil IoT compatible Bluetooth une adresse IP propre permettant à son utilisateur de le commander depuis Internet. Le pic technique a néanmoins été atteint avec la version 4.2 qui se distingue par des paquets de données plus petits, ainsi qu’une vitesse plus importante, une durée de vie de la batterie accrue et davantage de sécurité.

Et ce n’est pas fini : en décembre 2016, la SIG a sorti le très attendu Bluetooth 5 qui se spécialise une fois encore sur les appareils IoT et qui a encore été amélioré à bien des niveaux par rapport à ces prédécesseurs. En effet, cette version permettrait une capacité d’envoi augmentée de 800 pour cent et une portée de jusqu’à 200 mètres (en extérieur) ou 40 mètres (en intérieur) avec une consommation d’énergie toujours aussi faible. Cette version entend également faire progresser le développement des balises Beacons, de petits émetteurs Bluetooth utilisés par exemple dans les musées pour envoyer des informations supplémentaires sur les smartphones des visiteurs.

Bien qu'à l'heure actuelle, le nombre d’appareils supportant la nouvelle version soit encore très limité, certains experts considèrent déjà le Bluetooth 5 comme une nouvelle « étape technique » qui (en tous les cas dans le domaine de l’IoT) pourrait même surpasser le Wi-Fi.

Concernant la portée maximale du Bluetooth, on distingue jusqu’à présent trois classes qui répondent aux besoins de l’appareil concerné :

Il convient de noter que l’utilisation de la technologie Bluetooth nécessite toujours un compromis entre le débit/la portée et la consommation en énergie. La version 4.0, par exemple, a besoin de très peu d’énergie en mode basse consommation, mais atteint seulement 1 Mbit/s avec une portée maximale de 10 mètres. En fonctionnement normal, il est possible d’atteindre un maximum de 25 Mbit/s, augmentant ainsi la portée, mais aussi la consommation en énergie de façon proportionnelle. Les fabricants d’appareils compatibles Bluetooth doivent par conséquent calculer précisément la façon dont ils configurent leurs produits afin qu’elle soit adaptée à l’utilisation. Seule la dernière version Bluetooth 5 est capable d’atteindre des portées de 200 mètres en extérieur et de 40 mètres en intérieur tout en permettant un fonctionnement en mode LE ou EDR.

De manière générale, la portée maximale d’un appareil compatible Bluetooth dépend toujours de l'endroit où il est utilisé, en extérieur ou en intérieur (par ex. dans un appartement). Pourquoi cela ? Les obstacles comme les murs ou la présence de meubles imposants ou de structures métalliques, par exemple, peuvent perturber la connexion. Le mode de construction des antennes d’émission et de réception utilisées sur les supports de radiocommunication ainsi que la nature des paquets de données à envoyer constituent d’autres paramètres potentiellement déterminants pour la portée d’une connexion Bluetooth.

Différentes procédures, que l’on peut rassembler sous le terme générique de « Frequency Hopping » (« sauts de fréquence »), ont constamment amélioré la sensibilité aux interférences du Bluetooth de version en version. Ces procédures de sauts de fréquence consistent à diviser la bande de fréquence utilisée en différents canaux de taille identique. La fréquence est ainsi changée plusieurs milliers de fois par seconde et en fonction des besoins, afin de permettre une émission en permanence sans interférences. Ceci permet d'éviter autant que possible que d’autres liaisons radio comme le Wi-Fi, le LTE ou les micro-ondes viennent perturber la communication Bluetooth.

Grâce à un cryptage et à d’autres mécanismes de sécurité divers, le Bluetooth est dans l’ensemble considéré comme un mode de transmission relativement sûr. Il a toutefois été prouvé à plusieurs reprises que même les versions les plus récentes de cette norme radio étaient attaquables, par exemple dans le cas d’implémentations erronées du côté du fabricant.

Dans ce cadre, le point faible le plus apprécié des attaquants est presque toujours l’attribution des clés lors de l’appairage pendant laquelle les cybercriminels tentent d’accéder au code PIN utilisé pour l’autorisation. Cette attribution ayant généralement lieu une seule fois par connexion, la fenêtre d’intervention pour de telles attaques est normalement extrêmement courte.

Il existe toutefois une astuce qui ne nécessite quasiment aucune connaissance informatique et aucune technologie spécifique : l’attaque « Bluesmack ». Cette attaque permet en effet aux attaquants de perturber une connexion Bluetooth déjà établie. Elle oblige les utilisateurs imprudents à saisir à nouveau le code PIN qui est intercepté par les attaquants afin d’accéder à l’appareil concerné. Ils seront alors en mesure d’espionner et de manipuler les flux de données (« Bluesnarfing ») et de provoquer des préjudices financiers en appelant des hotlines et des services SMS payants (« Bluebugging »). Pour qu’une telle attaque ait lieu, les attaquants doivent néanmoins se tenir à proximité des appareils à hacker.

En tant qu’utilisateur du Bluetooth, vous pouvez cependant prendre certaines précautions :

• lorsque vous faites l’achat d’un appareil numérique, demandez s’il est possible d’attribuer manuellement un code PIN pour les connexions Bluetooth (la sécurité offerte par les codes que les fabricants définissent par défaut, comme « 0000 » ou « 1234 », est insuffisante).
• Désactivez l’option « Secure Simple Pairing » (connexion automatique à de nouveaux appareils sans code PIN, par exemple dans le cas de Bluetooth 2.1 + EDR) et procédez toujours manuellement pour établir une connexion Bluetooth.
• Optez toujours pour un code PIN long avec un minimum de huit caractères numériques si le logiciel le permet.
• Utilisez le « mode invisible » qui permet l’anonymisation de votre nom d’utilisateur Bluetooth.
• Évitez d’utiliser le Bluetooth dans des lieux fréquentés comme des espaces publics. La probabilité qu’un hacker spécialisé se tienne à proximité immédiate est en effet plus élevée.
• Enregistrez les appareils dignes de confiance dans votre liste d’appareils Bluetooth. En faisant cela, vous n’aurez pas à saisir à nouveau votre code PIN lors d’une connexion ultérieure et vous supprimerez ainsi un point faible important.
• Toute demande de procéder à une nouvelle autorisation par code PIN pour une connexion déjà établie doit constituer pour vous un signal d’alarme. Dans un tel cas, interrompez tout d’abord la tentative de connexion et changez de lieu afin de vous mettre hors de portée de l’attaquant potentiel.
• Désactivez immédiatement le Bluetooth après utilisation. Activez uniquement le Bluetooth lorsque vous souhaitez l’utiliser – vous préserverez ainsi également la batterie de votre appareil numérique.

On a souvent annoncé la mort du Bluetooth ou déclaré qu’il était trop compliqué et trop lent par rapport aux transmissions de données par câble. Mais ce point de vue est depuis longtemps dépassé, car la version 4.0 basse consommation a permis au Bluetooth de se faire un nom et de s’imposer en tant que moteur important de l’Internet des objets, qui est à la pointe de l’innovation. Et les experts économiques s’accordent sur ce point : les objets intelligents du quotidien, comme les fitness-trackers, les appareils de domotique et les ordinateurs de bord des véhicules constituent l’avenir. Nous pouvons donc partir du principe que le Bluetooth saura défendre encore longtemps sa réputation de standard de l’industrie.