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.