黃少川，譚毓安，馬忠梅，張全新，李元章

(北京理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，北京 100081)

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黃少川，譚毓安，馬忠梅，張全新，李元章

(北京理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，北京 100081)

摘要:通過研究藍(lán)牙通信協(xié)議和智能擴(kuò)展API，設(shè)計(jì)SmartWatch2的功能擴(kuò)展應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)將手機(jī)應(yīng)用的用戶名和密碼等用戶登錄信息存儲(chǔ)到SmartWatch2上，有效隔離應(yīng)用程序與用戶登錄信息，同時(shí)，用戶可以在SmartWatch2上查看、發(fā)送和刪除用戶登錄信息，從而達(dá)到保護(hù)手機(jī)應(yīng)用登錄信息的目的。

關(guān)鍵詞:SmartWatch2；藍(lán)牙；智能擴(kuò)展API

引言

隨著智能手機(jī)的不斷普及，手機(jī)應(yīng)用以爆炸式的速度涌現(xiàn)，大多數(shù)手機(jī)應(yīng)用需要用戶注冊(cè)個(gè)人信息，并且會(huì)將用戶信息保存到手機(jī)本地，以便于用戶啟動(dòng)應(yīng)用時(shí)能夠自動(dòng)登錄。這樣雖然減少了操作步驟，提高了用戶體驗(yàn)，但是與此同時(shí)帶來的卻是用戶信息極易泄露的風(fēng)險(xiǎn)。在信息時(shí)代，用戶個(gè)人信息的安全性越來越受到重視。

本文介紹藍(lán)牙相關(guān)技術(shù)，通過智能擴(kuò)展的API開發(fā)SmartWatch2具有藍(lán)牙通信功能的擴(kuò)展應(yīng)用，利用SmartWatch2存儲(chǔ)智能手機(jī)應(yīng)用的用戶信息。這樣,既能使用戶信息與手機(jī)應(yīng)用有效隔離，又能保證即使手機(jī)丟失或者被陌生人操作，也不用擔(dān)心因個(gè)人信息泄漏而造成較大損失。

1通信流程與相關(guān)技術(shù)

SmartWatch2與智能手機(jī)通過藍(lán)牙進(jìn)行通信，在通信過程中需要通過SmartWatch2主應(yīng)用、智能連接以及智能擴(kuò)展應(yīng)用等作為軟件支撐。開發(fā)SmartWatch2智能擴(kuò)展應(yīng)用涉及到智能擴(kuò)展API和Android等相關(guān)技術(shù)。

1.1通信流程

SmartWatch2與智能手機(jī)通過藍(lán)牙配對(duì)建立連接，智能手機(jī)安裝智能連接應(yīng)用和SmartWatch2的智能擴(kuò)展應(yīng)用，智能擴(kuò)展應(yīng)用在手機(jī)桌面不可見，只能通過智能連接應(yīng)用中的SmartWatch2主應(yīng)用查看[1-2]。

成功建立連接后，SmartWatch2可以通過智能連接應(yīng)用中的主應(yīng)用同步智能手機(jī)日期時(shí)間等信息，SmartWatch2的桌面上將顯示智能手機(jī)上安裝的的智能擴(kuò)展應(yīng)用，比如通過SmartWatch2的短信應(yīng)用查看智能手機(jī)的短信息，通過其電話應(yīng)用接聽智能手機(jī)撥入的電話等。SmartWatch2與智能手機(jī)通信機(jī)制如圖1所示。

圖1　SmartWatch2與智能手機(jī)通信機(jī)制

由圖1可知，SmartWatch2與智能手機(jī)通過藍(lán)牙建立連接并進(jìn)行通信，智能擴(kuò)展應(yīng)用與智能連接應(yīng)用安裝在智能手機(jī)上，并通過智能連接中的SmartWatch2主應(yīng)用與智能手機(jī)通信。SmartWatch2主應(yīng)用負(fù)責(zé)與智能手表交互，同時(shí)根據(jù)智能連接中的內(nèi)容提供者(Content Providers)獲取適用于智能硬件SmartWatch2的智能擴(kuò)展應(yīng)用的信息。智能連接是一個(gè)Android設(shè)備框架，主要作用是管理智能硬件(例如智能手表)的應(yīng)用和相關(guān)配置。值得注意的是，在Android4.0之前智能連接的名稱是LiveWare Manager。

1.2藍(lán)牙

藍(lán)牙支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無線連接，在任意一個(gè)有效通信范圍內(nèi)，所有設(shè)備的地位都是平等的。首先提出通信請(qǐng)求的設(shè)備稱為主設(shè)備(Master)，被動(dòng)進(jìn)行通信的設(shè)備稱為從設(shè)備(Slave)。任意藍(lán)牙設(shè)備，都可根據(jù)IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)得到一個(gè)唯一的48位的BD_ADDR,它是一個(gè)公開的地址碼，可以通過人工或自動(dòng)方式進(jìn)行查詢。在BD_ADDR基礎(chǔ)上，使用一些性能良好的算法可獲得各種保密和安全碼，從而保證了設(shè)備識(shí)別碼(ID)在全球的唯一性，以及通信過程中設(shè)備的鑒權(quán)和通信的安全保密[3]。

藍(lán)牙協(xié)議體系中的協(xié)議按照功能分為5層[4]：核心協(xié)議(包括Baseband、LMP、L2CAP、SDP)，電纜替代協(xié)議RFCOMM，電話傳輸控制協(xié)議(包括TCS-Binary、AT命令集)，選用協(xié)議(包括PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、WAP、vCard、vCal、IrDA、WAE)，藍(lán)牙協(xié)議棧的強(qiáng)制性協(xié)議(包括LMP、L2CAP和SDP)。除上述協(xié)議層外，規(guī)范還定義了主機(jī)控制接口(HCI)。

1.3智能擴(kuò)展API

智能擴(kuò)展API是一組強(qiáng)大的以安卓意圖(Intent)、安卓小部件(Widget)、內(nèi)容提供者(Content Provider)和感應(yīng)(Sensor) API構(gòu)架為基礎(chǔ)的API?？山柚悄軘U(kuò)展API，利用智能硬件控制應(yīng)用，控制終端用戶針對(duì)每一個(gè)智能硬件安裝的主應(yīng)用，使手機(jī)應(yīng)用與智能硬件能夠通過藍(lán)牙進(jìn)行通信。

智能擴(kuò)展API具有結(jié)構(gòu)清晰、易讀、易用的特點(diǎn)。智能擴(kuò)展API包括Registration and Capabilities API、Notification API、Control API、Widget API和Sensor API，但是并非所有的API都適用于任何智能硬件設(shè)備[5]。根據(jù)提供的API可以控制硬件的傳感器(如指南針、加速器、振動(dòng)器等)，也可以開發(fā)通知應(yīng)用、游戲應(yīng)用、遠(yuǎn)程控制應(yīng)用等[6]。

智能硬件與智能手機(jī)或平板電腦過藍(lán)牙配對(duì)來建立連接，智能硬件將顯示智能手機(jī)或平板電腦的信息，以及終端用戶的輸入內(nèi)容。智能硬件上的傳感器將感應(yīng)智能手機(jī)或平板電腦的意圖，將傳感器數(shù)據(jù)返回至智能手機(jī)或平板電腦進(jìn)行處理。

2功能擴(kuò)展設(shè)計(jì)

為了使用戶在智能手機(jī)上的登錄信息與應(yīng)用程序能夠有效隔離，本文將通過SmartWatch2藍(lán)牙通信的功能擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)。

2.1設(shè)計(jì)思路

通過分析智能擴(kuò)展API，設(shè)計(jì)SmartWatch2的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)SmartWatch2與智能手機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而將智能手機(jī)上應(yīng)用程序的用戶信息存儲(chǔ)到SmartWatch2中。當(dāng)智能手機(jī)的應(yīng)用需要用戶登錄信息時(shí)，可以從SmartWatch2上查看，也可以通過SmartWatch2將用戶信息數(shù)據(jù)發(fā)送到智能手機(jī)端進(jìn)行查閱。

當(dāng)用戶需要?jiǎng)h除SmartWatch2上的用戶信息時(shí)，可以在SmartWatch2上逐條刪除，也可以通過智能手機(jī)批量刪除，從而保證用戶能夠及時(shí)更新和清除數(shù)據(jù)，確保SmartWatch2上的用戶信息的準(zhǔn)確性和安全性。根據(jù)設(shè)計(jì)思路確定的功能設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2　功能設(shè)計(jì)

2.2功能設(shè)計(jì)流程

根據(jù)設(shè)計(jì)思路可知智能手機(jī)端和智能手表端的功能需求，根據(jù)具體的功能需求和設(shè)計(jì)思路進(jìn)行流程設(shè)計(jì)，即功能擴(kuò)展的功能設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

圖3　功能設(shè)計(jì)流程

根據(jù)圖3可知，用戶首先打開智能擴(kuò)展應(yīng)用填寫用戶登錄信息并發(fā)送給SmartWatch2，然后SmartWatch2就可以查看手機(jī)端發(fā)送的用戶登錄信息。手機(jī)端可以刪除SmartWatch2端的所有用戶登錄信息數(shù)據(jù)，SmartWatch2也可以逐條刪除這些信息，或向智能手機(jī)端發(fā)送用戶登錄信息供查閱。

3具體實(shí)現(xiàn)

3.1環(huán)境配置

首先安裝Android SDK和Eclipse,配置Android開發(fā)環(huán)境，然后安裝Sony Add-on SDK。Android SDK提供API庫和編譯、調(diào)試Android應(yīng)用的開發(fā)工具,Sony Add-on SDK包括 Java docs文檔、代碼范例和模擬器，并提供智能擴(kuò)展API庫和編譯、調(diào)試SmartWatch2應(yīng)用的開發(fā)工具。此外，還有豐富文檔說明如何使用所有智能擴(kuò)展API應(yīng)用程序接口[7]。

3.2類功能

根據(jù)實(shí)際需求并按照設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)流程創(chuàng)建5個(gè)類文件，主要實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)端與智能手表端的相互通信、信息顯示及信息處理。類名稱與相應(yīng)的功能描述如表1所列。

表1　類功能

在每個(gè)智能手表擴(kuò)展應(yīng)用中，類SmartDataControlReceiver、SmartDataControlService和SmartDataControlRegistrationInformation是必不可少的。類SmartDataControlReceiver的主要功能是接收智能手機(jī)上的智能手表主應(yīng)用發(fā)送的意圖并通過啟動(dòng)Service建立兩者的互動(dòng)通道；類SmartDataControlService運(yùn)行在應(yīng)用的整個(gè)生命周期中，主要功能是響應(yīng)智能手表端的請(qǐng)求和實(shí)現(xiàn)信息處理；類SmartDataControlRegistrationInformation的主要功能是注冊(cè)智能手表的智能擴(kuò)展應(yīng)用，使主應(yīng)用能夠識(shí)別；類SmartDataControlActivity是智能手機(jī)端功能菜單的實(shí)現(xiàn)；類SmartSendDataActivity是智能手機(jī)發(fā)送用戶信息的功能實(shí)現(xiàn)。智能手表功能擴(kuò)展應(yīng)用的時(shí)序圖略——編者注。

3.3核心代碼

本文只對(duì)智能手表功能擴(kuò)展應(yīng)用的主要代碼進(jìn)行說明和分析，比如智能手機(jī)接收智能手表發(fā)送用戶登錄信息數(shù)據(jù)的主要代碼實(shí)現(xiàn)，智能手機(jī)向智能手表發(fā)送用戶登錄數(shù)據(jù)的主要代碼實(shí)現(xiàn)，以及智能手表逐條刪除用戶登錄信息數(shù)據(jù)的主要代碼實(shí)現(xiàn)。

智能手機(jī)接收智能手表發(fā)送的攜帶用戶信息數(shù)據(jù)的Event，首先根據(jù)Event的ID獲取用戶數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息(比如應(yīng)用名稱、登錄帳戶以及登錄密碼等)，然后以Toast消息形式在智能手機(jī)端顯示。代碼略——編者注。

智能手機(jī)將用戶信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到ContentValues對(duì)象中，創(chuàng)建以一個(gè)新Event并添加到Event Table中，智能手表功能擴(kuò)展應(yīng)用可以通過Notification獲取存儲(chǔ)到Event的用戶信息數(shù)據(jù)。主要代碼略——編者注。

智能手表可以逐條刪除用戶登錄信息，主要是根據(jù)每個(gè)Notification所對(duì)應(yīng)的Event ID來判斷，刪除選中用戶登錄信息之后返回Notification列表對(duì)應(yīng)的信息界面，主要代碼略——編者注。

4功能測(cè)試

4.1測(cè)試準(zhǔn)備

本文測(cè)試對(duì)象是智能擴(kuò)展應(yīng)用SmartDataControl，需要硬件和軟件方面的支持，測(cè)試環(huán)境與目標(biāo)如表2所列。

表2　測(cè)試環(huán)境與目標(biāo)

4.2測(cè)試結(jié)果

圖4　主應(yīng)用SmartWatch2

本文實(shí)驗(yàn)采用中低端配置的智能手機(jī)，具有代表性，智能手表是Sony SmartWatch2，與智能手機(jī)通過藍(lán)牙配對(duì)并進(jìn)行通信，智能手機(jī)安裝智能連接即可顯示智能手表的主應(yīng)用SmartWatch2，如圖4所示。通過智能手表的主應(yīng)用SmartWatch2可以查看智能手機(jī)上安裝的智能手表的智能擴(kuò)展應(yīng)用，智能手表上對(duì)應(yīng)顯示安裝的智能擴(kuò)展應(yīng)用的圖標(biāo)，如圖5所示。

點(diǎn)擊智能手表的智能擴(kuò)展應(yīng)用SmartDataControl即可看到功能菜單，如圖6所示；點(diǎn)擊“清空手表端用戶信息數(shù)據(jù)”可批量刪除Event Table中的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊“發(fā)送用戶信息數(shù)據(jù)”則顯示發(fā)送用戶數(shù)據(jù)的界面，輸入用戶登錄信息后點(diǎn)擊“發(fā)送”，則在智能手表上收到智能手機(jī)發(fā)送的用戶登錄信息圖略——編者注。

圖5　手機(jī)和手表上的應(yīng)用對(duì)應(yīng)圖

圖6　應(yīng)用功能菜單

在智能手表端功能菜單有Send和Delete，主要功能分別是將用戶登錄信息發(fā)送到智能手機(jī)端和刪除用戶登錄信息。發(fā)送用戶登錄信息到智能手機(jī)端可以讓用戶方便查看某手機(jī)應(yīng)用的登錄信息，當(dāng)刪除某應(yīng)用的登錄信息時(shí)也會(huì)有相應(yīng)的提示界面圖——編者注。

可以看出，通過智能手表保存智能手機(jī)應(yīng)用程序的登錄信息，能夠有效隔離用戶登錄信息和應(yīng)用程序，智能手表相較于智能手機(jī)更加私人化，更有利于用戶登錄信息的保護(hù)。

結(jié)語

本文根據(jù)智能手機(jī)應(yīng)用程序的用戶登錄信息可以存儲(chǔ)在智能手表(智能可穿戴設(shè)備)上，從而將用戶登錄信息與應(yīng)用程序隔離開的思路，分析和研究智能手機(jī)與SmartWatch2的通信原理，學(xué)習(xí)并運(yùn)用Android開發(fā)技術(shù)和Sony智能擴(kuò)展開發(fā)技術(shù)，設(shè)計(jì)出SmartWatch2的智能擴(kuò)展應(yīng)用，通過藍(lán)牙通信實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)與智能手表的數(shù)據(jù)傳輸，從而達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

編者注：本文為期刊縮略版，全文見本刊網(wǎng)站www.mesnet.com.cn。

參考文獻(xiàn)

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[7] SONY.Wearable SmartWatch2 Get Started[EB/OL].[2015-10].https://developer.sony.com/develop/wearables/smartwatch-2-apis/get-started/.

黃少川(碩士研究生)、譚毓安(教授)、馬忠梅(副教授)、張全新(講師)、李元章(講師)，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)與信息安全、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)和嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。

Huang Shaochuan,Tan Yu’an,Ma Zhongmei,Zhang Quanxin,Li Yuanzhang

(School of Computer Science and Technology,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China)

Abstract：In this paper,the function extension application of SmartWatch2 is designed after studying the Bluetooth communication protocol and smart extension API.The application can store user login information such as user name and password to SmartWatch2,which can effectively isolate the application and user login information.At the same time,the user can read,send and delete the login information in the SmartWatch2,thereby it achieves the purpose of protecting the user login information.

Key words:SmartWatch2;Bluetooth;smart extension API

收稿日期：(責(zé)任編輯：薛士然2015-10-04)

中圖分類號(hào):TP368.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A