5.3 Progettazione ed implementazione dell’applicazione
5.3.2 La comunicazione via BLE
Il modulo di comunicazione Bluetooth low energy dovr`a essere una delle due interfacce che gli utenti potranno sfruttare, attraverso la smartphone app, per la comunicazione con lo smart device. In buona sostanza si `e implementato un servi- zio GATT con cui l’utente interagisce per autenticarsi. Per questioni di sicurezza, considerato il fatto che le informazioni viaggiano “nell’etere” e potrebbero essere soggette a sniffing, si `e scelto di richiedere come prerequisito il “bonding” tra lo smartphone utente e il dispositivo.
Il servizio GATT
Lo sviluppo dell’interfaccia del servizio parte dalla definizione dell’interazio- ne possibile tra utente e dispositivo, e dalla tipologia di informazioni scambiate:
• l’utente, tramite smartphone si connette al device; • invia il proprio token di autenticazione;
• registra la notifica al completamento dell’operazione da parte del device; • una volta terminata l’operazione, riceve la notifica e si disconnette.
5.3 PROGETTAZIONE ED IMPLEMENTAZIONE DELL’APPLICAZIONE 139
Considerato che la massima quantit`a di informazioni che pu`o essere trasmessa in una singola operazione da bluetooth LE `e limitata a 20 bytes, per la trasmissione del token `e necessario prevedere:
• una caratteristica in sola scrittura che l’utente utilizza per scrivere singo- li chunks di 20 byte ciascuno. Il device, progressivamente, ricostruisce il token pezzo per pezzo;
• una caratteristica in sola scrittura che l’utente utilizza per scrivere l’ultimo chunk. In questo modo il device sa che il token `e completo, e pu`o cominciare le operazioni per la sua validazione;
• una caratteristica alla quale l’utente si registra per ricevere notifica appe- na il device, tramite il server, completa le operazioni di autenticazione ed autorizzazione.
Per ragioni di sicurezza, tutte le caratteristiche sono definite come secure, in modo che l’interazione sia possibile soltanto in caso il dispositivo e lo smartphone del- l’utente abbiano gi`a effettuato un primo pairing (tecnicamente, siano tra di loro bonded). Sempre per ragioni di sicurezza, si `e scelto di aggiungere anche una ca- ratteristica in sola lettura, attraverso la quale il device pu`o presentare una sorta di firma digitale per garantire la propria autenticit`a. Anche se la caratteristica risulta presente, al momento il meccanismo non `e implementato.
`E necessario scegliere 5 GUID personalizzati, in quanto nel nostro caso il servi- zio fornito e le caratteristiche utilizzate non trovano definizione tra i tipi standard definiti nel protocollo GATT. Ricapitolando:
Service f000cc40-0451-4000-b000-000000000000
• DigitalSignatureCharacteristic -read - f000cc41-0451-4000-b000-000000000000. • WriteTokenChunkCharacteristic - write - secure - f000cc42-0451-4000-
140 5. PROGETTAZIONE E SVILUPPO DELLO SMART DEVICE
• WriteLastTokenChunkCharacteristic -write - secure - f000cc44-0451-4000- b000-000000000000.
• NotifyCharacteristic -notify - secure - f000cc43-0451-4000-b000-000000000000. Dettagli implementativi
Per interagire con lo stack blueZ ed implementare il servizio GATT, node.js ha a disposizione un modulo dedicato e piuttosto completo: bleno [4]. Bleno espone metodi implementati in C sotto forma di API JavaScript, che possono quindi esse- re sfruttate con molta facilit`a da un programma node. Ha una sintassi dichiarativa che consente di definire le diverse caratteristiche del servizio GATT da imple- mentare, con la possibilit`a di impostare per ognuna propriet`a e relative funzioni di callback come handler. Questa l’implementazione del servizio:
var bleno = require(’bleno’);
var BlenoPrimaryService = bleno.PrimaryService; var BlenoCharacteristic = bleno.Characteristic; ...
...
var WriteLastTokenChunkCharacteristic = function() { WriteLastTokenChunkCharacteristic.super_.call(this, { uuid: ’f000cc44-0451-4000-b000-000000000000’, properties: [’write’], secure: [’write’] }); }; util.inherits(WriteLastTokenChunkCharacteristic, BlenoCharacteristic);
5.3 PROGETTAZIONE ED IMPLEMENTAZIONE DELL’APPLICAZIONE 141
WriteLastTokenChunkCharacteristic.prototype.onWriteRequest =
function(data, offset, withoutResponse, callback) {
var newBuffer = Buffer.concat([dataBuffer, data]); dataBuffer = newBuffer;
_listener.onTokenSubmitted(dataBuffer.toString(), function(response){
var data = new Buffer(4);
data.writeUInt32LE(response.responseCode, 0); notifyCallback(data); setTimeout(function(){ bleno.disconnect(); }, 500) }); callback(this.RESULT_SUCCESS); }; ... function SampleService() { SampleService.super_.call(this, { uuid: ’f000cc40-0451-4000-b000-000000000000’,
142 5. PROGETTAZIONE E SVILUPPO DELLO SMART DEVICE characteristics: [ new DynamicReadOnlyCharacteristic(), new WriteTokenChunkCharacteristic(), new WriteLastTokenChunkCharacteristic(), new NotifyOnlyCharacteristic() ] }); } util.inherits(SampleService, BlenoPrimaryService); bleno.on(’advertisingStart’, function(error) { if (!error) {
bleno.setServices([ new SampleService() ]); } }); bleno.on(’stateChange’, function(state) { if (state === ’poweredOn’) { bleno.startAdvertising(’raspy’, [’f000cc40-0451-4000-b000-000000000000’]); } else { bleno.stopAdvertising(); } });
5.3 PROGETTAZIONE ED IMPLEMENTAZIONE DELL’APPLICAZIONE 143
Oltre alle API per l’implementazione del servizio e agli handler per la gestio- ne dello stato dell’adapter bluetooth, `e stata riportata soltanto la definizione del- la caratteristica WriteLastTokenChunkCharacteristic, in quanto particolar- mente significativa per comprendere il comportamento dello smart device. Nel momento in cui l’utente completa la scrittura, il device esegue la callback e, contestualmente, invoca sul listener (il controller dell’applicazione) la funzione onTokenSubmitted, passando come parametro il token. A questo punto il device resta in attesa del completamento dell’operazione e, una volta ricevuta risposta, la invia all’utente utilizzando la funzione notifyCallback, che tramite apposita caratteristica notifica l’utente. Una volta completato questo flusso di operazioni, il device disconnette automaticamente l’utente, in modo da poter essere utilizzato anche da altri.
Problematiche riscontrate
L’implementazione del servizio bluetooth LE `e stata probabilmente la parte pi`u difficile di tutto il lavoro. Sebbene a livello teorico il servizio offerto e il pro- tocollo di comunicazione non risultino particolarmente complessi, l’utilizzo della libreria bleno ha richiesto una fase di test piuttosto elaborata, nella quale si sono effettuati numerosissimi tentativi per cercare di evitare errori e situazioni di stallo che compromettevano il funzionamento del device. Probabilmente la diffusione limitata della libreria e la peculiarit`a del sistema utilizzato hanno fatto s`ı che vi fossero diverse situazioni instabili e problematiche complesse non solo da risol- vere, ma anche da individuare. Grazie al supporto della piccola community nata attorno alla libreria bleno, si `e riusciti ad ottenere una versione stabile del prototi- po, ma occorre un’ulteriore analisi approfondita prima della messa in produzione. Questi i principali interventi effettuati:
144 5. PROGETTAZIONE E SVILUPPO DELLO SMART DEVICE
• l’installazione di blueZ deve essere necessariamente limitata alla versione 4, in quanto la libreria `e in conflitto con blueZ 5;
• `e stato installato nel raspberry un servizio per lanciare allo startup il de- mone bluetoothd, utilizzato da bleno per l’utilizzo di caratteristiche che richiedono bonding;
• in caso di crash dell’applicazione, deve essere manualmente terminato il processo l2cap-ble, che altrimenti impedisce ulteriori utilizzi dell’inter- faccia bluetooth. Per questo scopo `e stato utilizzato il file
closing-handlers.jsdentro alla cartella /config;
• lo smartphone dell’utente non deve mantenere connessioni aperte con il dispositivo in caso di crash, altrimenti si verificano problemi in caso di connessioni successive. Per questo motivo la disconnessione `e forzata dal device, al termine delle operazioni di autenticazione e autorizzazione.