BLE-mobiilisovellus ilmanlaatua mittaavalle olosuhdeanturille

Abstract

Insinöörityön tarkoituksena oli tutkia, miten BLE-yhteys (Bluetooth Low Energy) toimii, miten sitä käytetään ja miten tietoturvallisuus siinä on huomioitu.

Aluksi tehtiin tutkiva osuus BLE-yhteyksistä, jolla tähdättiin selvitykseen siitä, miten yhteydet toimivat ja miten niitä tulisi käyttää tietoturvan kannalta oikein. Seuraavaksi selvityksessä ilmi tulleiden toiminnallisuuksiin vaikuttavien huomioiden ja sovellukseen haluttujen ominaisuuksien pohjalta hahmoteltiin halutut toiminallisuudet. Vielä ennen ohjelmointityötä kaiken selvityksen pohjalta suunniteltiin sovelluksen UI-näkymät.

Projektissa huomattiin BLE-yhteyksien tarjoavan kätevän, nopean ja virtaa säästävän tavan langattomalle tiedonsiirrolle IoT-kokonaisuuksissa. Kätevyyden lisäksi yhteyksiä oli mahdollista toteuttaa tarvittaessa myös tietoturvallisesti. Tutkimuksen pohjalta huomattiin, että BLE-tietoturvan heikoin osa on pariliitosvaihe, jossa laitteet vasta muodostavat yhteyttään. Kuitenkin kun laitepariyhteys on jo muodostettu, kommunikoitava data on silloin salattu, eikä siihen kohdistu suurta haavoittuvuutta. Pariliitokseen löytyi erilaisia tapoja, joilla liitoksen voi toteuttaa. Kaikilla löydetyillä tavoilla olivat omat hyvät ja huonot puolensa. Siksi päädyttiin johtopäätökseen, jossa käyttökohtaisesti täytyy määrittää, minkälaisia uhkia toteutettavaan sovellukseen kohdistuu ja minkälaista dataa tietoturvan kannalta käsitellään. Sovelluksen käsitellessä arkaluonteisempaa dataa, kannattaa pariliitostavassa mennä tietoturva edellä, kun taas muissa tilanteissa voitaisiin mennä nopeus ja käytettävyys edellä.

Lopputuloksena syntyi olosuhdeantureille ensimmäinen BLE-yhteyksiä tietoturvallisesti hyödyntävä versio sovelluksesta, jolla kommunikointi luotiin turvallisella laitepariyhteydellä ja jossa laitepari muodostettiin sopivaa pariliitosmenetelmää käyttäen. Syntyi myös kattava ymmärrys, miten mobiilisovellusta kannattaa lähteä jatkokehittämään ja minkälaisia vaatimuksia sovellus asettaa kokonaisuuden muulle laajalle IoT-arkkitehtuurille.

The purpose of this thesis was to investigate how the BLE (Bluetooth Low Energy) connections work, how they are used properly and how security is considered.

At first, an investigative part was carried out about BLE connections which was aimed at finding out how the BLE connections work and how to use them with good standards of security. Next, desired functionalities were outlined based on the considerations affecting the functionality revealed in the investigative part. Before starting the programming phase, application UI-pages were designed and planned based on all the findings in the previous phases.

During the project, it was noticed that BLE connections offer a convenient, fast, and power-saving way of wireless data transfer in IoT entities. In addition to the convenience and power savings, it is also possible to establish connections securely. Based on the research, it was noticed that the weakest part of BLE security is the pairing phase where the devices are just establishing their connection. However, when a paired connection already exists, data transfer is encrypted. Different methods were discovered for the pairing process in which the pairing can be implemented. All different ways had their pros and cons. Therefore, a conclusion was reached where it was necessary to determine in every single case what kind of threats the intended application is facing and what kind of data is processed from the security point of view. When the application is handling more sensitive data, it is worth putting security first when thinking about pairing methods. However, in other situations speed and usability can be the leading factors.

The results were the first version of the application that securely utilizes BLE connections for air quality sensors and where communication is established using suitable and safe pairing methods. Comprehensive understanding was formed of how the mobile application should be further developed and what kind of requirements it will create in the rest of the IoT architecture.