Bluetooth Low Energy ことはじめ

2026/05/16〜05/18に、友人4人と行った開発合宿@鳴子温泉旅館すがわらでの発表スライドです。

Transcript

1. Bluetooth Low Energy ことはじめ Classic 比較から接続・セキュリティ・実装 2026/05/17 開発合宿@鳴子温泉旅館すがわら @ssmylh 1
2. Bluetooth の全体像 Bluetooth は大きく 2 系統ある。 Bluetooth Classic (BR/EDR) Bluetooth Low Energy (BLE) 名前は似ているが、得意な用途が違う。 補足: BR = Basic Rate Bluetooth Classic の基本的な通信方式 EDR = Enhanced Data Rate BR を拡張して、より高速にデータ転送できる方式 2
3. Bluetooth Classic とは Bluetooth 1.0（1999年7月）から続く系統で、Bluetooth 2.0 + EDR は 2004年に登 場 高スループット向き（音声・連続データ） 接続維持の消費電力は BLE より大きめ 代表例: ヘッドセット、スピーカー、カーオーディオ 用途の中心: 「たくさん流す」通信 3
4. Bluetooth Low Energy とは Bluetooth 4.0（2010年7月）で導入された 低消費電力・短いデータ交換に強い GATT（Generic attribute profile）という仕組みでデータの意味を定義する 代表例: センサー、ビーコン、リモコン 用途の中心: 「必要な時だけ小さく送る」通信 4
5. Classic と BLE の比較 観点 Classic BLE 主目的 連続ストリーミング 小さなデータを効率よく交換 電力 比較的大きい 小さい 通信モデル 連続転送中心 データ項目の読み書き・通知中心 用途適性 連続転送に適する 低消費電力の小容量通信に適する 用途に応じて、連続転送は Classic、省電力な小容量通信は BLE が向いている。 5
6. BLE の登場人物 Peripheral: データや機能を提供する側 Central: それを見つけて接続する側 6
7. BLE のデータモデル: GATT Service: 機能のまとまり 例: 心拍計なら「Heart Rate Service」 Characteristic: 実際に読む・書く・通知するデータ項目 例: 現在の心拍数、バッテリー残量 UUID: Service や Characteristic を識別する ID 7
8. BLE の接続はどう進むか 1. Peripheral がアドバタイズする 2. Central がスキャンして見つける 3. Central が接続する 4. Service / Characteristic を探索する 5. read / write / notify を使って通信する この 1〜5 が BLE の基本フロー。 8
9. セキュリティ BLE の通信は「つながる」だけでは不十分。 守りたいこと: 他人の端末が勝手に読めない コマンドを盗み見されにくい 一度信頼した端末は安全に再接続できる 9
10. BLE セキュリティの用語整理 Pairing: 初回に端末同士で信頼関係を作る Bonding: その時の鍵を保存し、次回以降に再利用する Encryption: 実際の通信を暗号化する ポイント: Pairing は手続き Bonding は状態保持 Encryption は通信の保護 10
11. BLE セキュリティ設計の考え方 方針: ペイロード自体はシンプルな文字列のまま ただしリンク層は暗号化 + 認証を必須化 設計の意図: アプリ側処理を複雑化せずに実運用に近づける BLE の「暗号化必須アクセス制御」を検証できる 11
12. 暗号化必須はどこで効くか BLE リンク（デバイス間）で暗号化される Characteristic の permissions/properties で 暗号化必須を強制できる つまり: 鍵はデバイス間で共有 アクセス制御は Characteristic ごとに設定 12
13. Bluetooth 4.0: Legacy Pairing Bluetooth 4.0 の BLE では、LE Legacy Pairing が標準だった。 鍵交換は従来方式（STK ベース） Association Model は Just Works / Passkey Entry / Out of Band（OOB） Just Works は MITM 保護が弱い（なりすまし耐性が低い） 各方式: Just Works: 確認ほぼなし Passkey Entry: 数字を入力 OOB: QR / NFC など別経路を使う 補足: STK = Legacy Pairing で最初の暗号化に使う一時鍵 13
14. Bluetooth 4.2: Secure Connections Bluetooth 4.2 （2014年12月）では LE Secure Connections が追加された。 楕円曲線ディフィー・ヘルマン鍵共有（ECDH）ベースの鍵共有を使用 盗聴耐性が向上し、鍵交換の安全性が強化 Association Model は Just Works / Passkey Entry / Numeric Comparison / Out of Band （OOB） 補足: Numeric Comparison: 両端末の 6 桁表示が一致するか確認する方式 ポイント: Numeric Comparison が使える組み合わせでは MITM 耐性を高めやすい 最終的な方式選択は端末の IO 能力と OS 実装に依存する 14
15. Bluetooth 4.2 を今どう見るか Bluetooth 4.2 は 2014年12月に登場した世代 2026年5月時点の最新は Bluetooth 6.3 Bluetooth 4.2 の仕様ページは Withdrawn（現行版から取り下げ）表記になってい る ただし BLE 自体は今でも重要で、6.3 は BLE の代替ではない つまり: BLE は現在も使われ続けており、その上に改良が積み重なっている 4.2 は LE Secure Connections を理解する上で重要な世代 15
16. 4.0 と 4.2 の整理 観点 Bluetooth 4.0 (Legacy) Bluetooth 4.2 (Secure Connections) 鍵交換 従来方式（STK） ECDH MITM 耐性 方式依存、Just Works は弱い 全体に改善、Numeric Comparison 対応 実運用 端末能力に制約されやすい より安全な選択肢を取りやすい 要点: 4.2 以降でも Just Works になるケースはある 双方の IO 能力が低く、Numeric Comparison / Passkey Entry を成立できない MITM 保護を必須にしていない OOB を使っていない 重要なのは「使われた方式を前提にアクセス制御を設計する」こと 16
17. 実装例: スライド支援アプリ ここまで学んだ BLE の基礎を手がかりに、 未経験の Swift でスライド支援アプリを試作した。 作成したアプリ: https://github.com/ssmylh/ble-slide-remote 17
18. デモ 18
19. まとめ BLE は Classic と目的が違う BLE の基本は アドバタイズ -> スキャン -> 接続 -> GATT 通信 セキュリティは Pairing / Bonding / Encryption を分けて考える 未経験の技術や言語に触れながら色々いじるのはやっぱり楽しい 19
20. 参考資料 Bluetooth SIG: Core Specification https://www.bluetooth.com/specifications/specs/core-specification/ Bluetooth SIG Blog: Pairing key generation methods https://www.bluetooth.com/blog/bluetooth-pairing-part-2-key-generation-methods/ Bluetooth SIG Blog: LE Secure Connections - Numeric Comparison https://www.bluetooth.com/blog/bluetooth-pairing-part-4/ 20