پروتکل Z-Wave یکی از بهترین فناوری ها برای خانه های هوشمند

استفاده از فناوری اینترنت اشیا در ساختمان های هوشمند تجاری و مسکونی به شما این امکان را می دهد تا بتوانید از راه دور همه چیز را کنترل نمایید. بریا استفاده از یان فناوری باید از پروتکل هایی استفاده کنید. یکی از پزوتکل هایی که در سال های اخیر مورد استفاده بسیاری از دستگاه های اینترنت اشیا قرار می گیرد، پروتکل Z-Wave است. در این مقاله همراه ما باشید تا هر آنچه که نیاز است در رابطه با این پروتکل بدانید.

پروتکل Z-Wave چیست؟

Z-Wave یک پروتکل بی سیم است که تراشه های آن در بسیاری از تجهیزات اینترنت اشیا مانند قفل درب، روشنایی، سیستم های گرمایشی و آلارم های خانه تعبیه شده اند. این پروتکل در حال حاضر توسط ۷۰۰ شرکت، در بیش از ۲۴۰۰ کمپانی تولید اجزای اینترنت اشیا مورد استفاده قرار می گیرد. این پروتکل کمی چپیچیدگی خاص خود را دارد چرا که دستگاه و کنترل کننده حتما باید هر دو از نوع Z-Wave باشند.

تاریخچه استفاده از پروتکل Z-Wave چیست؟

از سال ۲۰۰۲ که این پروتکل ارتباطی معرفی شده است، می توان به وبی متوجه شد که هر روز در حال توسعه و پیشرفت است. در ابتدای کار سرعت انتقال داده تنها ۹۶۰۰ بیت در ثانیه بود. این سرعت برای خاموش و یا روشن کدن یک چراغ به اندازی کافی خوب بود. اما اگر شما می خواستید رنگ روشناییی و یا میزان آن را نیز تعیین می کردید به سرعت بیشتری نیاز داشتید. بنابراین در سری ۳۰۰ به ۴۰ کیلو و در سری ۵۰۰ به ۱۰۰ کیلو سرعت افزایش یافت. بسیاری از پیشرفت های دیگر در امتداد راه  نیز ایجاد شدند. از جمله محدوده طولانی، حساسیت RF بهتر، قدرت پایین تر، لوازم جانبی بیشتر و به ویژه موتور رمزگذاری AES ایجاد شدند. بزرگترین مزیتی که این پروتکل دارد این سات که که به خوبی با سایر ورژن های قبلی سازگار است. به این معنا که حتی آخرین تراشه ها نیز می توانند با سری ۱۰۰ به راحتی ارتباط برقرار کنند.

روند تکامل پروتکل Z-Wave چگونه است؟

Z-Wave در طول مسیر اشتباهات زیادی نیز در طراحی های خود انجام داده است. این مسئله اهمیت زیادی دارد چرا که بسیاری از افراد تصور می کنند اگر چیزی در انتها خوب به نظر می رسد حتما از ابتدا نیز خوب بوده است. در ابتدای کار طراحی ها به حدی مشکل داشت که خیلی سریع بعد از ارائه یک سری، طراحی سری بعدی را برای رفع نواقص قبلی شروع می کردند. به عنوان مثال سری ۲۰۰ دارای مشکلات زیادی بود که عمده ترین آن، مسئله توان مصرفی زیاد بود. که خیلی سرع این مشکل رد سری ۳۰۰ حل شد به طوری که شما همچنان می توانید این سری را در بازار پیدا کنید. بعد از آن سری ۴۰۰ دارای مشکل حافظه بود. چرا که تنها قابلین نوشتن را برای ۱ بار داشت. به این معنا که شما نمی توانستید سیستم عامل را به روز رسانی کنید. البته این مشکل نیز به سرعت در سری ۵۰۰ رفع شد. چرا که دارای فلش های زیادی بود که امکان به روز رسانی را برای شما فراهم می کرد.

شبکه پروتکل Z-Wave چگونه تشکیل می شود؟

برای استفاده از پروتکل Z-Wave شما حداقل به دو دستگاه نیاز دارید. یک دستگاه مانند سیستم گرمایشی و سرمایشی و … و یک کنترل کننده Z-Wave. این کنترل کننده به نام های Z-Wave Hub و Z-Wave Gateway نیز شناخته می شود که در واقع قلب اصلی شبکه پروتکل Z-Wave را تشکیل می دهند. با استفاده از ساختاری که یان پروتکل در اخیتار شما قرار داده می شود که معمولا به عنوان یک برنامه است می توانید با دستگاه مرود نظر خود ارتباط برقرار کنید.

اولین کاری که باید انجام دهید این است که کنترل کننده Z-Wave خود را ابتدا به اینترنت متصل نمایید. بعد از آن شما می توانید از طریق تلفن همراه خود، می توانید به کنترل کننده دسترسی داشته باشید و دستگاه های Z-Wave خود را به شبکه متصل نمایید.

پروتکل Z-Wave چگونه کار می کند؟

Z-Wave برای ایمن سازی ارتباطات میان دستگاه های مختلف از یک کلید شبکه مشترک استفاده می کند. زمانی که دستگاه ها به یکدیگر متصل می شوند، کلید بین کنترل کننده و دستگاه پذیرنده به اشتراک گذاشته می شود.

در گذشته برای این فرآیند اتصال که اصطلاحا S0 نامیده می شود، مشکلاتی از قبیل آسیب پذیری وجود داشت. چرا که کلید شبکه برای اشتراک گذاری تماما از ۰ تشکیل شده بود و همین مسئله باعث می شد که در محدوده RF مورد حملات زیادی قرار بگیرید. این پروتکل تنها برای خانه های مسکونی مورد استفاده قرار می گیرد.

مشکل پروتکل Z-wave چیست؟

زمانی که اولید فرآیند اشتراک گذاری و اتصال S0 با نقص رو به رو شد، از سال ۲۰۱۳ محققان تصمیم به پیاده سازی ورژن جدیدی به نام S2 گرفتند تا این مشکل را رفع نمایند. همان طور که بیان شد S0 از یک رمز شناخته شده که تماما از ۰  (۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰) تشکیل شده است استفاده می کرد. اما محققان راه قوی تری برای اشتراک گذاری توسط ورژن S2 پیدا کردند تا بتوانند جفت شدن بیت دستگاه و کنترل کننده را انجام دهند. بنابراین در ورژن S2 تا زمانی که فرد کلید را نداشته باشد نمی توانید دستگاه ها را به یکدیگر متصل کند. حال با ساتفاده از این ورژن اگر هکرها قصد هک یک دستگاه را داشته باشند با کمی مشکل رو به رو هستند. چرا که باید یک دستگاه هک را که با باتری کار می کند در بیرون خانه ای که دستگاه هدف در آن است، قرار دهند و منتظر اشتراک گذاری باقی بمانند! در حال حاضر با استفاده از این شیوه اشتراک گذاری، شخص هکر باید در محدوده RF قرار داشته باشد تا بتواند تنها در زمان اشتراک گذاری تجهیزات هک را انجام بدهد. بنابراین ممکن است مدت زیادی به طول انجام تا فرد دستگاه هک را بیرون ساختمان قرار دهد و منتظر لحظه اشتراک گذاری باشد.

البته این مسئله هم چنان هم خطرهای خودش را برای دستگاه های متصل دارد. چرا که اگر در هنگام اتصال یکی از کلید ها یا رمز تغییر کند، اطلاعات به درستی در اختیار سرور قرار داده نمی شوند و این می تواند منجر به بروز مشکلاتی زیادی شد.

حمله سایبری در پروتکل Z-wave چگونه اتفاق می افتد؟

همان طور که گفته شد می توان از ورژن S2 بریا اشتراک گذاری دستگاه ها استفاده کرد. همچنین بیان شد که خطر حمله سایبری همچنان وجود دارد. در این حالت هکر برای این که بتواند کنترل دستگاه را به عهده بگیرد تنها نیاز است که ورژن S2 را به ورژن S0 تغییر دهد. بریا انجام این کار باید کدها و دستوراتی که برای انتقال اطلاعات هستند و رمز نگاری شده اند را تغییر دهد. پس برای این که به هدف خود برسد تنها نیاز است که کامند COMMAND_CLASS_SECURITY_2 را از دستورات حذف کند. به این ترتیب دستگاه کنترل کننده تصور می کند که دستگاه قابلیت پشتیبانی از S2 را ندارد و به همین دلیل اشتراک گذاری به شیوه S0 را پیشنهاد می دهد. بعد از آن هکر کنترل دستگاه را به دست گرفته است.

مزایای استفاده از پروتکل Z-Wave چیست؟

• برای شروع، این یک پروتکل استاندارد است، به این معنی که همه دستگاه ها (تقریبا) از دستورات بی سیم مشابه استفاده می کنند. ارتباط Z-Wave دو طرفه است: دستگاه ها دستوراتی را که به آنها داده می شود، برای اطمینان از عملکرد، تایید می کنند. همچنین، به دلیل استفاده از باند بی سیم، در خانه ها، حتی از طریق دیوارها، دامنه مناسب را فراهم می کند.
• برای عملکرد به قدرت زیادی نیاز ندارد به همین دلیل دستگاه هایی که با باتری کار می کنند نیز به راحتی قابل استفاده خواهند بود.
• این پروتکل به عنوان یک شبکه مش ساخته شده است. یعنی زمانی که دستگاه های زیاد تری به آن متصل می شوند، عملکرد دستگاه بهتر می شود.
• رنج عملکردی زیاد. رنج این پروتکل حدود ۳۰ متر است به همین دلیل برای ساختمان های بزرگ می تواند انتخاب خوبی باشد. (البته اخرین پلتفرم پروتکل Z-Wave ، سری ۷۰۰، تا میزان ۱۰۰ متر نیز می تواند نقطه به نقطه اتصال داده شود.)

محصولات کدام کمپانی از پروتکل Z-Wave پشتیبانی می کنند؟

• محصولات هوشمند سامسونگ
• ترموستات های Honeywell
• Hogar Milo (همراه با دستیار گوگ برای کنترل از طریق صدا)
• ADT Security Hub
• قفل هوشمند August
• Somfy
• محصولات هوشمند LG
• قفل های هوشمند Kwikset

با توجه به موراد مطرح شده می توان مطمئن شد که بهترین محصولات هوشمند قابلیت پشتیبانی از پروتکل Z-Wave را دارند.

در حال حاضر استفاده از پروتکل Z-Wave یکی از بهترین فناوری ها برای خانه های هوشمند شناخته می شوند اما نه به این معنا که تمامی جهان از آن استفاده می کنند. امنیت این پروتکل ارتباطی همچنان جای بحث دارد به گونه ای که سازندگان آن به مشتریان خود قول داده اند تا تغییر سطح از ورژن S2 به ورژن S0 کنترل نمایند تا از هک دستگاه ها تا جایی که امکان دارد جلوگیری شود. البته همواره به یاد داشته باشید هر جایی که بحث اینترنت وجود دارد احتمال حصور هکر نیز به میزان بالایی وجود دارد و شما نمی توانید انتظار یک عملکرد ۱۰۰ درصد درست را از هر چیزی داشته باشید.