iOS7的关键技术“iBeacon”，分三级粗略测位

 部分文字来自： http://finance.qq.com/a/20140311/014852.htm

“卖酒小店NE向您告知，今天的葡萄酒有优惠奥。请来逛逛吧。”

一走进购物中心，iPhone就收到了这家购物中心里一家卖酒店铺的特价信息。

来到这家店的葡萄酒货架前，智能手机的屏幕上又蹦出了“推荐智利产葡萄酒”的字样。把手伸向推荐的葡萄酒，iPhone上又收到了这瓶酒的详细信息。

如今，走在时代前沿的店铺已经推出了这样的服务，苹果设在美国的直营店“Apple Store”就是其中之一。当顾客靠近iPhone的展台时，终端的屏幕上将会显示消息，引导顾客听取新款iPhone的介绍。日本的涩谷PARCO也推出了在顾客进门时，向iPhone的App推送优惠券的服务。

这些服务的相同之处是都利用了“iBeacon”，能以高精度确定用户位置，发送特定信息。iBeacon是苹果2013年9月发布的移动产品OS“iOS7”配备的新功能。

活用BLE

图1：向周围通知ID iBeacon采用的模式是利用可发送BLE通告数据包的设备，发送独特的ID，智能手机的App在接收到ID后进行相应的操作（a）。用途主要是在商店等场所用发放优惠券，嵌入家电后还可以发送错误信息（b）。

iBeacon的核心，是配备“低功耗蓝牙（BLE）”通信功能的装置。该装置利用BLE向周围发送ID，接收到ID的App会根据ID做出反应。例如，在店内设置用来发送iBeacon的ID的通信模块（以下称作“Beacon模块”）后，iPhone和iPad就会收到ID信息，在ID的触发下，与ID挂钩的App就会接收到来自服务器的信息（图1（a））。前面提到的Apple Store和涩谷PARCO也是利用这个原理推送信息和优惠券的。

除了按照位置提供服务之外，在家电发生故障或停止运转时，也可以通过发送iBeacon信息，向App通知家电出现了故障（注1）。日本Aplix IP Holdings公司就试制了在市售的加湿器中嵌入了支持iBeacon的模块、在水量耗尽后使用iBeacon发出通知的系统，并在“TFM&A 2014”（东京有明国际会展中心，2014年1月29～30日）上进行了展示（图1（b））。

用苹果的自主标准实现

iBeacon利用的是BLE的广播帧“通告帧”（Advertising）。通告帧由配备BLE的设备定期发出，只要是支持BLE的终端，都可以接收到信号。通告帧的有效载荷部分，写入了由苹果定义的数据。

iBeacon的数据大致由四部分信息组成：（1）UUID（universally unique identifier）、（2）Major、（3）Minor，以及（4）Measured Power（图2）。

图2：iBeacon是UUID与Major、Minor的组合 iBeacon的帧由显示企业和组织的UUID与Major、Minor组合而成（a，b）。1米处的信号强度也包含在iBeacon中发送，可用来计算位置信息。

（1）UUID是用来识别设置Beacon模块的企业的128位识别码。识别码并非由苹果定义，而是直接采用“ISO/IEC11578:1996”的标准。UUID包括Version 1~5五种。

Version 1由MAC地址、UUID生成的日期等组成。因为MAC地址唯一，所以可以确保UUID的独特性。

Version 2是以MAC地址和生成时间为基础，利用POSIX*的UID*和GID*等生成的数据。

*POSIX：portable operating system interface（可移植操作系统接口）。为了在不同的OS上设置相同的API、方便开发可移植性强的App软件而制定的App接口标准。国际标准的名称为ISO/IEC 9945。

*GID：group identifier，组标识。用来区分用户群组的识别码。

Version 3的基础是通过MD5函数输出的哈希值，表示URL和邮件地址等唯一命名空间。Version 4是随机数。Version 5与Version 3基本相同，使用的是SHA-1的散列函数。

（2）Major与（3）Minor由iBeacon的发送者自由设置，均为16位识别码。（4）Measured Power是iBeacon的发送模块与接收器之间距离为1米时信号强度（RSSI：received signal strength indicator）的参照值。接收器根据作为参照的RSSI和接收信号的强度，推测发送模块与接收器之间的距离。

UUID决定对应哪款App

使用iBeacon的前提条件，是用户开启支持BLE的iOS终端的蓝牙功能，并开启位置信息服务（注1）、（注2）。而且，接收UUID的App如果不在后台运行，就接收不到UUID。iOS在接收到iBeacon后，会将UUID告知使用iBeacon的App。在UUID的触发下，App会进入下一步处理（注3）。

（注1）支持BLE的iOS终端包括iPhone 4s之后的iPhone以及2012年3月上市的第三代iPad之后的iPad。

（注2）iBeacon虽然由苹果制定，但数据格式和工作原理已经公开，支持BLE的Android终端只要能够解读iBeacon，也可以实现相同的功能。现在已经有多家公司免费提供帮助Android接收iBeacon的帧数据、并进行解读的软件库。

（注3）因为是UUID服务的识别码，所以必须具备独特性。但也存在服务提供者不使用随机数产生程序和散列函数，随意设置“000000……”的情况。在这样的情况下，即使服务不同，UUID也有可能一致，无法对服务进行准确判断。

Major与Minor是App内部使用的数值。举例来说，连锁店使用iBeacon时，可以在Major中输入区域信息，在Minor中输入门店的ID等。在家电产品中嵌入Beacon模块时，如果把Major作为与产品型号挂钩的序号，把Minor作为错误代码，就可以向外部通知故障情况。

将距离分为三级

至于剩下的Measured Power，则是iOS用来向App传送距离的。有意思的是，向iOS发送的距离并不是精密推算的，而是将其分为约10厘米（immediate）、1米以内（near）、1米以外（far）的三级（图3）。这是因为，发送与接受设备之间的距离在1米之内时，RSSI值基本是按照理论值减少的，而在1米以外，受到反射波的影响，RSSI不会减少，而是会上下波动。也就是说，1米以外的距离无法推测，只能用“far”来概括。

图3：距离模块越远，误差越大 当距离约为1米时，根据实测值推测的模块距离与理论值基本一致，距离增大后误差变大，无法定位。因此，iOS把1米以内叫作near，1米以外叫作far，以此来区分距离，并且把10厘米以内定义为immediate。（图：《日经电子》根据Aplix的数据制作）

即使较为粗略，也大致可以判断当immediate时代表商品就在眼前，near代表身处货架附近，far代表在店门附近或是在外面等。

未考虑安全问题

从上述原理可知，iBeacon其实没有考虑安全性。iBeacon的格式基本是公开的，得到实际发送的iBeacon中包含的数据也轻而易举。也就是说，很简单就能制作出与正规模块发送相同信息的假冒Beacon模块（图4）。而且，接收到假冒Beacon模块发送的iBeacon信息的iOS终端无法判断真伪。

图4：iBeacon存在隐患 iBeacon几乎没有考虑安全性。比如，作为通告帧发送的iBeacon的内容可能直接被复制，从其他设备原封不动地发出。

因此，不法分子有可能钻商店积分服务的空子，利用假冒模块，发送与积分服务相同的信标，在不用到商店去的情况下，无限制地获得来店积分。

因此，现在已经出现了填补iBeacon安全漏洞的服务，采用的方式包括，在iBeacon以外的通告帧中添加iBeacon的认证信息并发送、利用信息进行认证的方式，利用接收到的iBeacon的位置信息进行认证的方式，以及直接向发送iBeacon的设备传输验证数据包进行认证的方式。

支付需要用其他手段

顺便一提，虽说现在能看到“可以使用iBeacon支付”的字样，但从前面介绍的原理可以看出，单靠iBeacon其实是不能支付的。iBeacon能够做到的，只是根据UUID、Major、Minor等信息，判断支付对象是哪家商店，并当场显示出准确的支付画面。实际支付还需使用NFC、贝宝等其他手段。（作者：中道 理，日经技术在线！供稿）

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