Реалізація UWB-ключів для відкриття дверей/авто через мобільний додаток

Реалізація UWB-ключів для відкриття дверей/авто через мобільний додаток

UWB (Ultra-Wideband) — не Bluetooth з точним позиціонуванням. Це IEEE 802.15.4z, імпульсна радіосвязь з точністю вимірювання дистанції ±10 см та кута ±5°. iPhone 11+ та сучасні Android-флагмани з чипом Qorvo DWM3000 або NXP SR150 вміють визначати точне положення UWB-пристрою у просторі. На цьому будуються Hands-Free ключі: телефон у кармані → дверь відкривається при приближенні на 0.5–1.5 м. Без натиснення. Без NFC-додатку.

Як працює UWB Ranging

UWB використовує Two-Way Ranging (TWR): пристрій відправляє імпульс, акцесуар відповідає, за часом пролету (Time-of-Flight) обчислюється дистанція з сантиметровою точністю. На відміну від RSSI у Bluetooth — жодних перешкод від багатолучевого поширення, стін, тіла людини.

Архітектура Hands-Free unlock:

1. Смартфон починає BLE-advertise при розблокуванні
2. UWB-модуль у замку виявляє телефон за BLE
3. Ініціюється UWB-сесія для точного виміру дистанції
4. При дистанції < 1.5 м + кут у секторі «перед дверею» → замок відкривається
5. При видаленні > 5 м → замок закривається

iOS: NearbyInteraction framework

Apple відкрила UWB-доступ через NearbyInteraction (iOS 14+). Працює тільки на iPhone 11+ з чипом U1. Акцесуар повинен підтримувати MFi UWB протокол.

import NearbyInteraction

class UWBKeyManager: NSObject, NISessionDelegate {
    private var session: NISession?

    func startRanging(accessoryToken: Data) {
        session = NISession()
        session?.delegate = self
        session?.delegateQueue = DispatchQueue.main

        guard let config = NINearbyAccessoryConfiguration(accessoryData: accessoryToken, bluetoothPeerIdentifier: peerBLEId) else {
            return
        }
        session?.run(config)
    }

    func session(_ session: NISession, didUpdate nearbyObjects: [NINearbyObject]) {
        guard let object = nearbyObjects.first else { return }

        if let distance = object.distance {
            // distance у метрах, точність ±10 см
            if distance < 1.5 {
                triggerUnlock()
            }
        }

        if let direction = object.direction {
            // SIMD3<Float> — вектор напрямку на об'єкт
            let isInFront = direction.z < 0 // об'єкт перед телефоном
        }
    }

    func session(_ session: NISession, didInvalidateWith error: Error) {
        // NIErrorCode.invalidConfiguration — неверний токен
        // NIErrorCode.userDidNotAllow — користувач відмовив у Nearby Interaction
        restartWithDelay()
    }
}

accessoryToken — криптографічно підписаний токен, який акцесуар передає по BLE при першому виявленні. Apple не розкриває формат токена публічно — він частина MFi UWB Accessory Protocol. Без ліцензії MFi на стороні виробника замку ця схема недоступна.

Entitlement для NearbyInteraction з акцесуарами: com.apple.developer.nearby-interaction.allow — стандартний, доступний без MFi. Але NINearbyAccessoryConfiguration вимагає токен від сертифікованого MFi UWB-акцесуара.

Android: UWB API (Android 12+)

Google відкрив UWB через androidx.core.uwb:uwb (Jetpack). Вимагає пристрій з UWB-чипом: Pixel 6 Pro+, Samsung Galaxy S21 Ultra+, деякі моделі OnePlus та Xiaomi.

implementation("androidx.core.uwb:uwb:1.0.0-alpha08")

class UWBDigitalKeyManager(context: Context) {
    private val uwbManager = UwbManager.createInstance(context)

    suspend fun startRanging(partnerAddress: UwbAddress) {
        val controllerSession = uwbManager.controllerSessionScope()

        val sessionParameters = UwbRangingParameters(
            uwbConfigType = UwbRangingParameters.CONFIG_MULTICAST_DS_TWR,
            complexChannel = controllerSession.uwbComplexChannel,
            peerDevices = listOf(UwbDevice.createForAddress(partnerAddress)),
            updateRateType = UwbRangingParameters.RANGING_UPDATE_RATE_FREQUENT,
            sessionKeyInfo = generateSessionKey()
        )

        controllerSession.prepareSession(sessionParameters)
            .collect { rangingResult ->
                when (rangingResult) {
                    is RangingResult.RangingResultPosition -> {
                        val distance = rangingResult.position.distance?.value ?: return@collect
                        if (distance < 1.5f) triggerUnlock()
                    }
                    is RangingResult.RangingResultPeerDisconnected -> {
                        restartSession()
                    }
                }
            }
    }
}

CONFIG_MULTICAST_DS_TWR — двусторонній ranging з підтримкою кількох пирів. Для одного замку достатньо CONFIG_UNICAST_DS_TWR.

Безпека: захист від relay attack

Головна уязвимість ключів на основі радіо — relay attack: зловмисник ретранслює BLE/UWB-сигнал, імітуючи близість телефону до замку, коли реальний телефон далеко. UWB робить relay-атаку фізично неможливою: швидкість світла обмежує, та додаткова затримка ретрансляції (>1 мкс) детектується TWR як аномалія.

Додатково: токени ключів мають бути ephemeral (короткоживучі, оновлюватися по BLE перед кожним ranging), підписані ECDSA-256 закритим ключем, збереженим у Secure Enclave (iOS) або Android Keystore.

Замкове обладнання

Без підтримки UWB на стороні замку все вищесказане не працює. Партнери з готовими UWB-модулями для інтеграції:

• Allegion (Schlage) — UWB-замки для комерційної нерухомості
• dormakaba — CCC Digital Key 3.0 сумісні замки
• NXP SR150 eval kit — для розробки власного обладнання

Строки

Мобільний додаток з UWB-ranging та Hands-Free логікою (при наявності готового UWB-акцесуара): 2–4 тижні. Розробка з нуля включаючи прошивку замку та UWB-модуль на NXP SR150: 2–4 місяці. Стоимість залежить від цільової платформи та наявності партнерських договорів з виробниками обладнання.