DE102011008403B4

DE102011008403B4 - Verfahren und Kommunikationssystem zum Aufbau einer Verbindung zwischen zwei Geräten

Info

Publication number: DE102011008403B4
Application number: DE102011008403.7A
Authority: DE
Inventors: Neil Bailey
Original assignee: Cambridge Silicon Radio Ltd
Current assignee: Qualcomm Technologies International Ltd
Priority date: 2010-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2031-01-13
Also published as: GB201000448D0; DE102011008403A1; US20120030465A1; US9763270B2

Abstract

Verfahren zum Aufbau einer Verbindung zwischen zwei Geräten (2, 3, 4, 5) unter Verwendung von Kommunikationsverbindungen, welche Verbindungsaufbau-Informationen bereitstellen, die zwischen den beiden Geräten (2, 3, 4, 5) verwendet werden sollen, wobei die Verbindungsaufbau-Informationen ausreichend sind, die Verbindung zwischen den beiden Geräten (2, 3, 4, 5) aufzubauen, wobei das Verfahren aufweist: Aufbauen der Kommunikationsverbindungen zwischen jedem der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) und einem weiteren Gerät (1); Generieren beim weiteren Gerät (1) von Informationen, die Verbindungsaufbau-Parameter zum Aufbau der Verbindung zwischen den beiden Geräten (2, 3, 4, 5) definieren; Übertragen der Informationen, die Verbindungsaufbau-Parameter für die Verbindung zwischen den beiden Geräten (2, 3, 4, 5) definieren, vom weiteren Gerät (1) zu jedem der beiden Geräte (2, 3, 4, 5); und Aufbauen der Verbindung zwischen den beiden Geräten (2, 3, 4, 5) unter Verwendung der definierten Verbindungsaufbau-Parameter.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf die Konfiguration von Geräten, so dass sie miteinander kommunizieren können.
In vielen Kommunikationssystemen ist es wünschenswert, bestimmte Identifikations- oder Konfigurationsschritte als Teil des Aufbauens einer Kommunikationsverbindung auszuführen. Beispielsweise kann es erforderlich sein, dass zwei Geräte, die miteinander kommunizieren sollen, sich gegenseitig authentifizieren, um sicherzustellen, dass sie nicht dabei sind, mit einem nicht vertrauenswürdigen Gerät zu kommunizieren, und Sicherheitsparameter ermitteln, die zur Ver- und Entschlüsselung von Datenverkehr verwendet werden, welcher nachfolgend zwischen den beiden Geräten übertragen werden.
Im Bluetooth-Kommunikationssystem wird ein Prozess, der als ”Paarung” (Pairing) bekannt ist, verwendet zur Unterstützung bei der gegenseitigen Authentifizierung von Geräten und zur Ermittlung von Verschlüsselungsparametern. Der Paarungsprozess wird in den Abschnitten C.4.2.2 und C.4.2.7 der Version 4.0 der Bluetooth-Spezifikationen beschrieben, auf die der Leser für weitere Details bezüglich dieses Verfahrens verwiesen wird. Der gesamte Inhalt dieser Spezifikation ist in diese Beschreibung durch Bezugnahme mit aufgenommen.
Im Bluetooth-System sind zwei Verfahren verfügbar: Die Standardpaarung (standard pairing) und die einfache Sicherheitspaarung (secure simple pairing).
Die Standardpaarung zwischen zwei Geräten A und B weist die folgenden drei Stufen auf:

1. Jedes Gerät generiert einen gemeinsamen geheimen Initialisierungsschlüssel (K_init) basierend auf einer geheimen PIN. Um dies zu erreichen, sendet das Gerät A eine geheime Zufallsnummer (IN_RANDA) an Gerät B. Daraufhin berechnet jedes Gerät den Initialisierungsschlüssel (K_init) als Funktion (E22) der Zufallsnummer (IN_RANDA), der Adresse des Gerätes B (ADDRB), der geheimen PIN und der PIN-Länge. Die PIN kann von einem Benutzer eingegeben oder in einem oder beiden der Geräte vorgespeichert werden.
2. Die Geräte tauschen sicher Zufallsnummern unter Verwendung des Initialisierungsschlüssels (K_init) aus. Um dies zu erreichen, generieren die Geräte A und B Zufallsnummer LK_RANDA bzw. LK_RANDB. Daraufhin unterzieht jedes Gerät seine eigene Zufallsnummer zusammen mit dem Initialisierungsschlüssel (K_init) einer XOR-Operation und überträgt den resultierenden Wert an das andere Gerät. Schließlich generiert jedes Gerät die Zufallsnummer des anderen Gerätes durch Anwenden einer XOR-Verknüpfung des empfangenen Werts mit dem Initialisierungsschlüssel (K_init).
3. Jedes Gerät generiert den Verbindungsschlüssel (K_link) unter Verwendung der ausgetauschten Zufallsnummern. Um dies zu erreichen, generiert jedes Gerät zwei Werte, LK_KA und LK_KB. LK_KA wird als Funktion (E21) der Adresse des Gerätes A (ADDRA) und der Zufallsnummer des Gerätes A (LK_RANDA) generiert. LK_KB wird als Funktion (E21) der Adresse des Gerätes B (ADDRB) und der Zufallszahl des Gerätes B (LK_RANDB) generiert. Daraufhin generiert jedes Gerät den Verbindungsschlüssel (K_link) durch bitweise Modulo-2 Addition von LK_KA und LK_KB.

Das einfache Sicherheitspaarungsverfahren zwischen den beiden Geräten A und B weist folgende drei Schritte auf:

1. Jedes Gerät generiert einen gemeinsamen geheimen Diffie-Hellman-Schlüssel (DHKey). Um dies zu erreichen, generiert jedes Gerät ein öffentlich/privates Diffie-Hellman-Schlüsselpaaar. Jedes Gerät überträgt daraufhin den öffentlichen Teil seines öffentlich/privaten Schlüsselpaares zu dem anderen Gerät. Schließlich generiert jedes Gerät den Diffie-Hellman-Schlüssel (DHKey) als Funktion (P192) seines eigenen privaten Schlüssels und des öffentlichen Schlüssels des anderen Gerätes.
2. Es werden zwei Authentifizierungsstufen ausgeführt, während die Geräte Noncen (Zufallswerte) NA und NB übertragen.
3. Jedes Gerät generiert den Verbindungsschlüssel (K_link) unter Verwendung des Diffie-Hellman-Schlüssels (DHKey). Jedes Gerät generiert dann den Verbindungsschlüssel (K_link) als Funktion (f2) des Diffie-Hellman-Schlüssels (DHKey), der Noncen (NA, NB), die während der Authentifizierungsschritte ausgetauscht wurden, der Adressen der Geräte (ADDRA, ADDRB), und eines Strings (btlk).

Das Resultat beider Paarungsverfahren ist, dass die Geräte einen Verbindungsschlüssel (K_link) ^teilen ^. K_link wird nachfolgend als Teil des Algorithmus zur gegenseitigen Authentifizierung der Geräte und zur Verschlüsselung von Daten zwischen den Geräten verwendet. Im Authentifizierungsalgorithmus überträgt das Gerät A eine Zufallszahl (AU_RANDA) an Gerät B, jedes Gerät berechnet einen Wert, der eine Funktion (E1) der Zufallszahl (AU_RANDA), des Verbindungsschlüssels (K_link) und der Adresse des Gerätes B (ADDRB) ist, und das Gerät B überträgt seinen berechneten Wert zu Gerät A. Daraufhin berechnet das Gerät A die Antwort von Gerät B mit seinem eigenen berechneten Wert. Wenn die beiden Werte übereinstimmen, ist die Verbindung authentifiziert. Im Verschlüsselungsalgorithmus wird ein Cipherstream als Funktion des Verbindungsschlüssels generiert, und der Cipherstream wird mit den Daten, die über die Verbindung übertragen werden sollen, kombiniert, so dass ein verschlüsselter Datenstrom zur Übertragung generiert wird.
Sobald zwischen einem Gerätepaar K_link verteilt ist, können die Geräte ihn speichern, üblicherweise in einem nicht-flüchtigen Speicher, so dass er später zum Authentifizieren und zum Verschlüsseln verwendet werden kann, ohne dass der Paarungsprozess wiederholt werden müsste. Sobald ein Gerätepaar gemeinsam miteinander einen Verbindungsschlüssel zur gegenseitigen Kommunikation ausgehandelt und gespeichert hat, spricht man davon, dass das Gerätepaar gepaart ist.
Nachdem zwei Geräte gepaart wurden, kann K_link wie oben beschrieben bei der nächsten Gelegenheit wieder verwendet werden. Wenn die beiden Geräte dieselben Funktionen ausführen, sobald sie bei dieser nächsten Gelegenheit sich verbinden, dann arbeiten die Geräte zufriedenstellend. Wenn jedoch eines oder beide der Geräte die Funktionen geändert haben, sobald sie sich wieder verbinden, dann kann es vorkommen, dass die Geräte nicht richtig konfiguriert sind, wenn sie die gespeicherten Paarungsinformationen wieder verwenden.
Ein Beispiel einer Situation, in der dies vorkommen kann, ist in Spielesystemen. Viele Spielesysteme umfassen eine Spielekonsole, die als zentraler Prozessor fungiert, und verschiedene Hand-Controller, die von den einzelnen Spielern verwendet werden können. Es ist für einen Benutzer nicht wünschenswert, dass er Hand-Controller und Spielekonsole jedes Mal paaren muss, wenn das Spielesystem eingeschaltet wird. Aus diesem Grund werden Paarungsinformationen konventionell von jedem Hand-Controller gespeichert, so dass er beim Start leicht eine Verbindung mit der Konsole aufbauen kann. Es wird zunehmend üblich, dass die Benutzer eines Spielesystems zwei physikalisch getrennte Hand-Controller haben, mit denen sie mit der Spielekonsole interagieren. Die Controller eines Spielers werden als X und Y bezeichnet. Eine Herangehensweise, wie die Controller eines Spielers mit der Konsole kommunizieren können ist, dass lediglich der Controller X eine Kommunikationsverbindung mit der Konsole eingeht und der Controller Y eine Kommunikationsverbindung mit dem Controller X unterhält, so dass der Controller Y mit der Konsole über den ersten Controller kommuniziert. Eine Schwierigkeit tritt dann auf, wenn das System künftig verwendet wird. Bei diesem künftigen Gelegenheit kann es vorkommen, dass ein Spieler nicht dieselben Controller zur Hand nimmt: Es kann vorkommen, dass er zwei Controller verwendet, die zuvor von zwei verschiedenen Spielern verwendet wurden. Wenn die Controller ihre gespeicherten Paarungsinformationen wieder verwenden, kann der Y-Controller des einen Spielers mit der Konsole über den X-Controller des anderen Spielers kommunizieren. Dies stellt ein Problem dar, da die Konsole die Eingaben des ersten Spielers mit dem Y-Controller so interpretieren kann, als kämen sie von dem anderen Spieler und, da der X-Controller des anderen Spielers möglicherweise nicht in Kommunikationsreichweite des Y-Controllers des ersten Spielers ist. Es ist möglich, dass beide Controller erneut gepaart werden, wenn diese Situation auftritt. Dies erfordert jedoch Zeit und verbraucht Energie.
US 2006/0083187 A1 beschreibt ein Kommunikationsnetz, das eine Basisstation, einen Kommunikationsserver, ein erstes Mobilgerät und ein zweites Mobilgerät umfasst. Die beiden Mobilgeräte tauschen Informationen zum Aufbau einer Bluetooth-Kommunikation über die Basisstation aus. In den beschriebenen Ausführungsformen schickt das Mobilgerät eine Nachricht an Mobilgerät, das seine Geräteadresse enthält. In einer Ausführungsform wird diese Nachricht an die Basisstation geschickt und von der Basisstation an das zweite Mobilgerät (Absätze 51–52; 2). Sobald das zweite Mobilgerät diese Nachricht empfangen hat, sendet es eine Antwort, die seine Geräteadresse enthält. Diese Antwortnachricht wird an das erste Mobilgerät über die Basisstation (Absatz 56; 3) geschickt. In einer alternativen Ausführungsform tauschen die Mobilgeräte Informationen über den Kommunikationsserver anstatt über die Basisstation (Absätze 59–62, 3) aus.
US 2008/0070503 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Steuern einer Bluetooth-Verbindung eines tragbaren Endgeräts gemäß einer von einem entfernten Ort empfangenen Bluetooth-Steuernachricht. Ein tragbares Gerät, das eine Bluetooth-Einheit umfasst, baut eine Verbindung mit einem registrierten Bluetooth-Gerät auf (2; Absätze 25; 28). Sobald die Einheit eine Verbindung mit dem Gerät aufbaut, werden die Authentikationsinformationen, die sich auf diese Verbindung beziehen, im Speicher gespeichert (Absatz 30). Ein Controller im tragbaren Gerät greift auf die im Speicher gespeicherten Daten zu, um zukünftige Nachrichten, die am tragbaren Gerät (siehe 4; Absätze 41–45) empfangen werden, zu authentifizieren.
US 2007/0123165 A1 bezieht sich auf ein Paar von Bluetooth-Geräten, die über eine Hilfskommunikationsverbindung senden und empfangen, die während des Discovery-Prozesses (siehe 1) aktiviert ist. Um die Standard-Paarungsprozedur zwischen einem Paar von Geräten zu unterstützen, kann ein erstes Bluetooth-Gerät ein (wieder) erkennbares Muster über eine Hilfskommunikationsverbindung an ein zweites Bluetooth-Gerät übertragen (Absatz 29). Dieser Prozess wird vom ersten Bluetooth-Gerät während der Standard-Paarungsprozedur initiiert. Sobald das Muster vom zweiten Bluetooth-Gerät erkannt ist, sendet das erste Gerät eine Suchantwort an das zweite Gerät (siehe 3).
US 2008/0134281 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbessern der Sicherheit von drahtlosen Netzen zwischen zwei Geräten. Falls bestimmt wird, dass eine zu benutzende Bluetooth-Verbindung zwischen den beiden Geräten nicht authentifiziert worden ist, wird dann bestimmt, ob ein Passschlüssel oder PIN verfügbar ist. Falls der Passschlüssel oder PIN erfolgreich in die Geräte eingegeben wird, wird der Verbindungsauthentifizierungsprozess als OK angegeben (siehe 2). Falls der Passschlüssel oder PIN nicht erfolgreich eingegeben wird, geht der Prozess weiter mit weiteren Sicherheitsprüfungen, um zu bestimmen, ob die beiden Geräte jemals Teil eines vertrauenswürdigen Netzes zusammen waren (Absatz 42–43). Ein Gerät kann auch ausgelegt sein, um die Firewall- und Sicherheitsrichtlinien des anderen Geräts zu bestimmen und einen Benutzer zu warnen, falls diese Richtlinien nicht wie erwartet sind (Absatz 44).
Es besteht ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren zur Herstellung von Kommunikationsverbindungen unter Verwendung von vorgespeicherten Informationen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Aufbauen einer Verbindung zwischen zwei Geräten bereitgestellt unter Verwendung von Kommunikationsverbindungen, welche Verbindungsaufbau-Informationen bereitstellen, die zwischen den beiden Geräten verwendet werden sollen, wobei die Verbindungsaufbau-Informationen ausreichend sind, die Verbindung zwischen den beiden Geräten aufzubauen, wobei das Verfahren aufweist: Aufbauen der Kommunikationsverbindungen zwischen jedem der beiden Geräte und einem weiteren Gerät; Generieren beim weiteren Gerät von Informationen, die Verbindungsaufbau-Parameter zum Aufbau der Verbindung zwischen den beiden Geräten definieren; Übertragen von Informationen, die Verbindungsaufbau-Parameter für die Verbindung zwischen den beiden Geräten definieren, vom weiteren Gerät zu jedem der beiden Geräte; und Aufbauen der Verbindung zwischen den beiden Geräten unter Verwendung der Verbindungsaufbau-Parameter.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kommunikationssystem bereitgestellt umfassend zwei Geräte und ein weiteres Gerät, wobei die beiden Geräte und das weitere Geräte dazu ausgebildet sind, eine Verbindung zwischen den zwei Geräten aufzubauen unter Verwendung von Kommunikationsverbindungen, welche Verbindungsaufbau-Informationen bereitstellen, die zwischen den beiden Geräten verwendet werden sollen, wobei die Verbindungsaufbau-Informationen ausreichend sind, die Verbindung zwischen den beiden Geräten mittels eines Verfahrens aufzubauen, das aufweist: Aufbauen der Kommunikationsverbindungen zwischen jedem der beiden Geräte und dem weiteren Gerät; Generieren beim weiteren Gerät von Informationen, die Verbindungsaufbau-Parameter zum Aufbau der Verbindung zwischen den beiden Geräten definieren; Übertragen von Informationen, die Verbindungsaufbau-Parameter für die Verbindung zwischen den beiden Geräten definieren, vom weiteren Gerät zu jedem der beiden Geräte; und Aufbauen der Verbindung zwischen den beiden Geräten unter Verwendung der Verbindungsaufbau-Parameter. Die definierten Verbindungs-Aufbauparameter können einen Verbindungsschlüssel aufweisen. Der Schritt zum Aufbauen der Verbindung zwischen den beiden Geräten unter Verwendung der definierten Verbindungsaufbauparameter den Schritt aufweist, bei dem jedes der beiden Geräte der Verbindungsschlüssel für wenigstens einen der beiden folgenden Schritte verwendet: (i) Authentifizieren des anderen der beiden Geräte und (ii) Verschlüsseln der Kommunikationen über die Verbindung.
Die definierten Verbindungsaufbau-Parameter, die zu jedem der beiden Geräte übertragen werden, können eine Geräteadresse des anderen der beiden Geräte beinhalten. Der Schritt zum Aufbauen einer Verbindung zwischen den beiden Geräten unter Verwendung der definierten Verbindung-Aufbauparameter kann beinhalten, dass jedes der beiden Geräte die Geräteadresse des anderen Geräts für wenigstens einen der folgenden Schritte verwendet: (i) Authentifizieren des anderen der beiden Geräte, (ii) Verschlüsseln von Kommunikationen über die Verbindung und (iii) Adressieren der Kommunikationen über die Verbindung.
Das Protokoll kann ein Bluetooth-Protokoll sein.
Der Schritt zum Aufbauen von Kommunikationsverbindungen zwischen jedem der beiden Geräte und dem weiteren Gerät kann beinhalten, dass das weitere Gerät im Discoverable-Modus betrieben wird.
Jedes der beiden Geräte kann dazu ausgebildet sein, die Verbindungs-Aufbauinformationen so zu speichern, dass sie nach einem Neustart nicht für das entsprechende Gerät verfügbar sind.
Die Geräte können Benutzereingabe-Geräte sein. Die Geräte können Benutzereingabegeräte sein mit verschiedenen Benutzer-Schnittstellen. Die beiden Geräte können Spiele-Controller sein. Das weitere Gerät kann eine Recheneinheit aufweisen, beispielsweise einen PC (Personal Computer) oder eine Spielekonsole. Eines der beiden Geräte kann dazu ausgebildet sein, dem weiteren Gerät Benutzereingaben, die es wahrgenommen hat, dem anderen der beiden anderen Geräte bereitzustellen.
Das andere der beiden Geräte kann dazu ausgebildet sein, dem weiteren Gerät Benutzereingaben, die es wahrgenommen hat und die es von dem einen der beiden Geräte empfangen hat dem anderen der beiden Geräte und dem weiteren Gerät bereitzustellen. Die definierten Verbindungsaufbau-Parameter, die zu wenigstens einem der beiden Geräte übertragen werden, können Informationen aufweisen, die einen Betriebszustand anzeigen und der Schritt des Aufbauens der Verbindung zwischen den beiden Geräten unter Verwendung der definierten Verbindungsaufbau-Parameter kann den Schritt umfassen, dass eines oder jedes der beiden Geräte den Betriebszustand annimmt, der durch die zu ihm übertragenen Verbindungsaufbau-Informationen definiert wird.
Der Betriebszustand, der durch die an eines der beiden Geräte übertragenen Verbindungsaufbau-Informationen definiert wird, kann ein Zustand sein, in dem es die Initiierung einer Verbindung vom anderen Gerät erwartet.
Der Betriebszustand, der durch die an eines der beiden Geräte übertragenen Verbindungsaufbau-Informationen definiert wird kann ein Zustand sein, in dem es eine Verbindung zum anderen Gerät initiiert.
Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
1 ein schematisches Diagramm eines Spielesystems;
2 ein Kommunikationsgerät; und
3 Schritte in einem Paarungsprotokoll.
Die beispielhaften Ausführungen, die im Folgenden beschrieben werden, verwenden das Bluetooth-Kommunikationssystem. Die ist allerdings lediglich ein Beispiel. Andere Kommunikationssysteme können verwendet werden, wie detaillierter im Folgenden beschrieben wird.
Das in 1 gezeigte Spielesystem weist eine Spielekonsole 1, zwei Hand-Controller 2, 3 eines ersten Typs und zwei Hand-Controller 4, 5 eines zweiten Typs auf. Die Spielekonsole und jeder Controller weisen jeweils ein Bluetooth-Kommunikationsgerät auf. Das Bluetooth-Kommunikationsgerät ist detaillierter in 2 gezeigt. Die Kommunikationsgeräte sind so ausgeführt, dass sie in der Lage sind, sich mit jedem anderen untereinander zu paaren durch Verhandeln und durch Speichern von Paarungsinformationen, die es den Geräten erlaubt, sich nachfolgend Kommunikationen aufzubauen, ohne dass eine Paarung notwendig wäre. In dem System nach 1 sind wenigstens einige der Kommunikationsgeräte so ausgeführt, dass sie Paarungsinformationen erlangen, zur Kommunikation mit einem Gerät, ohne sich selbst mit diesem Gerät gepaart zu haben. Dies erlaubt es den Geräten, leicht eine Kommunikationsverbindung mit einem Gerät, mit dem sie sich vorangehend gepaart haben, aufzubauen. Eine Möglichkeit, in der Paarungsinformationen erlangt werden können, ist mittels Übertragung von der Spielekonsole, es können jedoch auch andere Verfahren verwendet werden.
Detaillierter weist die Spielekonsole 1 eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) 10, eine Medienleseeinheit 11, einen Speicher 12 zur Verwendung durch die CPU 10, eine Audio- und eine Videoschnittstelle 13 und ein Kommunikationsgerät 14 des Typs, wie er in 2 gezeigt ist. Jeder Controller weist eine CPU 21, 31, 41, 51, einen Benutzereingabedetektor 22, 32, 42, 52 und ein Kommunikationsgerät 23, 33, 43, 53 des in 2 gezeigten Typs auf. Der Benutzereingabedetektor kann beispielsweise wenigstens eine der folgenden Komponenten aufweisen: Einen Bewegungssensor, sowie einen Dehnungsmesstreifen oder jeden anderen Sensor, der in der Lage ist, Benutzereingaben anzunehmen. Wenn das Kommunikationsgerät des Controllers ausreichend leistungsfähig ist, dann ist die CPU des Controllers nicht notwendig und deren Funktionen können in einer CPU des Kommunikationsgerätes ausgeführt werden. Jeder Controller weist eine lokale Energiequelle, beispielsweise eine Batterie (nicht in 1 gezeigt) auf. Jedes Kommunikationsgerät ist detaillierter in 2 dargestellt. Es weist einen Sendeempfänger (Transceiver) 60, eine zentrale Prozessoreinheit 61, einen nicht-flüchtigen Speicher 62 und eine Antenne 63 auf. Das gesamte Kommunikationsgerät oder das gesamte Kommunikationsgerät mit der Ausnahme der Antenne können auf einem einzigen integrierten Schaltkreis implementiert werden. Das Kommunikationsgerät kann auch unter Verwendung mehrerer integrierter Schaltkreise oder diskreter Komponenten implementiert werden. Der Sendeempfänger 60 ist zur Übertragung und zum Empfang von Signalen gemäß dem verwendeten Protokoll geeignet. Vorliegend ist dies ein Bluetooth-Protokoll. Der nichtflüchtige Speicher speichert Programmcodes zur Ausführung durch die CPU 61 zum Durchführen der Basisbandfunktionen, die notwendig zur Implementierung dieses Protokolls sind. Der gespeicherte Code kann ebenfalls Funktionalitäten implementieren, die es dem Kommunikationsgerät erlauben, mit seinem Host zu kommunizieren, um zu ermitteln, ob es in dem Controller installiert ist, und wenn dies der Fall ist, von welchem Typ, oder in der Konsole; und um bestimmte Funktionen, die verschieden vom Ausgang dieser Ermittlung abhängen, durchzuführen. Das Kommunikationsgerät weist eine Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle 64 auf, die eine Datenverbindung zu dem Host-Gerät, in dem es installiert ist, bereitstellt. Dadurch kann das Kommunikationsgerät von dem Host-Gerät Daten empfangen, die über Funk übertragen werden sollen und die es nachfolgend überträgt; und es kann Daten zu dem Host-Gerät weiterleiten, die es via Funk empfangen hat. Die Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle kann also verwendet werden, wenn der Typ des Host ermittelt wird. Damit können, wenn das System sich in Betrieb befindet, Benutzereingaben mittels der Benutzereingabedetektoren eines Controllers detektiert werden. Über die Eingangs/Ausgangs-Schnittstelle wird diese Eingabe zu dem Kommunikationsgerät des Controllers übertragen, welches es via Funk zu dem Kommunikationsgerät der Konsole überträgt. Die Konsole kann dann gemäß diesen Eingaben agieren, beispielsweise durch Fortführen des Spieleverlaufs als Reaktion auf die Benutzereingaben. Daten können ebenfalls von der Konsole zu dem Controller übertragen werden, beispielsweise, um den Controller so zu konfigurieren, dass bei ihm Vibrationen hervorgerufen werden, wenn er einen eingebauten Vibrationsgenerator aufweist, oder um ein Herunter- oder Hochfahren einiger oder all seiner Funktionen hervorzurufen.
Die Verfahren mittels derer die Geräte Paarungsinformationen ableiten, werden nunmehr detaillierter beschrieben. Das Verfahren wird durch den Programmcode, welcher in dem nichtflüchtigen Speichern der Kommunikationsgeräte gespeichert ist, definiert. In einem üblichen System weisen die Paarungsinformationen oder bestehende Paarungsinformationen aus einem Link der Verbindungsschlüssel, auf (K_link) zusammen mit einer Indikation des Geräts mit dem dieser Schlüssel verwendet werden soll, beispielsweise die Adresse des Gerätes oder ein anderes Identifizierungsmerkmal.
Ein Beispiel dieses Verfahrens ist in 3 gezeigt.

1. In einer ersten Phase paart sich jeder der Controller 2, 3, 4 und 5 mit der Konsole 1 (Schritt 100).
2. Unmittelbar danach oder bei einem späteren Ereignis wird jeder Controller zur Verwendung vorbereitet und baut eine Bluetooth-Kommunikationsverbindung zwischen ihm selbst und der Konsole unter Verwendung des Verbindungsschlüssels, der bei der Durchführung der Paarung gespeichert wurde, auf (Schritt 101).
3. Die Konsole ermittelt, dass zwei der Controller, beispielsweise Controller 2 und 4, von einem einzigen Spieler verwendet werden sollen (Schritt 102). Diese Ermittlung kann in einer Vielzahl von Möglichkeiten durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Benutzer gleichzeitig einen Knopf oder eine Kombination von Knöpfen auf den beiden Controllern drücken; die Controller können dazu ausgebildet sein, eine Benachrichtigung dieser Knopfbetätigungen zu der Konsole zu übertragen; und die Konsole kann dazu ausgebildet sein, eine solche Benachrichtigung zu interpretieren, die von den beiden Geräten innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls empfangen wird und die anzeigt, dass diese Geräte von einzelnen Spieler verwendet werden sollen. Alternativ kann der Benutzer die Geräte einander annähern; ein solcher Zustand kann durch eines oder beide Geräte detektiert werden; dieses Gerät oder diese Geräte können die Konsole von dieser Tatsache benachrichtigen; und die Konsole könnte dies auf eine Weise interpretieren, dass angezeigt wird, dass diese Geräte von einem einzigen Spieler verwendet werden sollen. Alternativ kann der Benutzer anzeigen, dass er bestimmte Geräte verwenden möchte, in dem er die Geräte mit einer Menüfunktion der Konsole verwendet.
4. Die Konsole überträgt Paarungsinformationen zu den zwei Geräten 2, 4 zur Verwendung bei der gegenseitigen Kommunikation (Schritt 103). Die Informationen werden über eine Bluetooth-Verbindung übertragen, die die Konsole zu dem entsprechenden Controller unterhält. Für jedes der beiden Geräte können die Paarungsinformationen, die übermittelt werden, die Bluetooth-Adresse des anderen der Geräte und ein Wert der als K_link verwendet werden soll, sein. Derselbe K_link-Wert wird zu beiden der Geräte gesendet. Der K_link-Wert kann von der Konsole zufällig generiert werden (auch Pseudo-zufällig).
5. Die beiden Geräte 2, 4 bauen eine Bluetooth-Verbindung untereinander unter Verwendung der empfangenen Paarungsinformationen auf (Schritt 104). Beim Aufbau dieser Verbindung verwenden sie die Paarungsinformationen, als hätten sie sie selbst aus der direkten gegenseitigen Paarung abgeleitet.
6. Die beiden Geräte 2, 4 werden betrieben, um Benutzereingaben für die Konsole bereitzustellen (Schritt 105). Eines der beiden Geräte 2, 4 kann seine Eingaben in geeigneter Weise über das andere der beiden Geräte an die Konsole senden. Eines der beiden Geräte kann von einem ersten Typ sein, der dazu ausgebildet ist, indirekt mit der Konsole zu kommunizieren und das andere der Geräte kann von einem zweiten Typ sein, der dazu ausgebildet ist, Eingangsdaten von Geräten des ersten Typs an die Konsole weiterzuleiten. Alternativ können die Geräte dazu ausgebildet sein, untereinander darüber zu verhandeln, welches die Weiterleitungsfunktion auszuführen hat und sich entsprechend zu verhalten. In dem in 3 gezeigten Beispiel werden Eingabedaten, die von der Benutzerschnittstelle des Gerätes 2 wahrgenommen werden, über das Gerät 4 an die Konsole weitergeleitet, wohingegen Benutzereingabeinformationen, die von der Benutzerschnittstelle des Geräts 4 wahrgenommen werden, direkt (zusammen mit Benutzereingabeinformationen, die vom Gerät 2 empfangen wurden) an die Konsole gesendet werden.

Dieses Verfahren kann in einer Reihe von Möglichkeiten variiert werden, die Folgendes beinhalten, jedoch nicht darauf beschränkt sind:

1. Die Paarungsinformationen, die von den Controllern verwendet werden sollen, können von verschiedenen Geräten anstatt von einem Gerät verteilt werden. Jedes oder mehrere der Verteilungsgeräte können jeweils eine gemeinsame Datenbank mit Paarungsinformationen aufweisen, mit einer Liste von Geräteadressen jener Geräte, für die die Paarungsinformationen verwendbar sind und mit einer Liste von entsprechenden Verbindungsschlüsseln. Es kann einen einzigen Schlüssel für jedes dieser Geräte geben oder einen vorher zugewiesenen Verbindungsschlüssel für jede mögliche Paarung dieser Geräte. Verbindungsschlüssel können zufällig generiert und in der Datenbank gespeichert werden. Alternativ können die Verteilungsgeräte jeweils einen gemeinsamen Verteilungsschlüssel aufweisen und einen Verbindungsschlüssel zur Paarung von zwei Geräten generieren als Resultat einer Funktion, die als Input die Adressen der beiden Geräte und den gemeinsamen Verteilungsschlüssel verwendet. Die Verteilungsgeräte können dann unabhängig einen geeigneten Verbindungsschlüssel zu jedem Gerät übertragen, welches einen benötigt.
2. Werden die Paarungsinformationen von einem einzigen Gerät verteilt, muss dieses Gerät nicht notwendigerweise die Konsole sein. Sie können auch von einem anderen Gerät (beispielsweise einem der Controller oder einer dafür vorgesehenen Einheit) mit dem sich die Controller vorangehend gepaart haben, verteilt werden. In dieser Situation kann der Controller auch Paarungsinformationen von derselben Quelle empfangen, um ihm die Paarung mit den geeigneten der Controller zu erlauben.
3. Die Paarungsinformationen können auch mittels eines anderen Verfahrens verteilt werden, als dasselbe Wireless-Protokoll, mit dem die Paarungsinformationen verwendet werden müssen. Beispielsweise können die Controller physisch in die Konsole eingesteckt werden und die Paarungsinformationen können über eine drahtgebundene Verbindung, beispielsweise eine USB-Schnittstelle, verteilt werden.
4. Die Paarungsinformationen können indirekt zu den Controllern hingereicht werden. Den Controllern können Informationen gesendet werden, aus denen sie den Verbindungsschlüssel errechnen können, und dabei optional Daten, die in den Controllern gespeichert sind, verwenden.
5. Anstatt die Paarungsinformationen zu einem Controllerpaar zu schicken, kann auch jeder Controller ermitteln, dass sie zusammen betrieben werden sollen und die Paarungsinformationen von einem Verteilungsgerät holen.

Die an ein Gerät gesendeten Paarungsinformationen, können zusätzlich Informationen aufweisen, die anzeigen, auf welche Weise das Gerätzum Aufbau einer Verbindung zum entsprechenden Gegenstellengerät, mit dem es kommunizieren soll, arbeiten soll. Dies kann den Betriebszustand beinhalten, in dem das Gerät zu verharren hat, bis eine Verbindung aufgebaut ist oder bis begonnen wurde, eine Verbindung aufzubauen. Beispielsweise können die Paarungsinformationen in einer Weise erweitert werden, so dass sie zusätzlich Informationen aufweisen, die den künftigen Zustand eines Geräts nach einem harten oder weichen Neustart anzeigen. Alternativ oder zusätzlich können die Paarungsinformationen solche Informationen beinhalten, die anzeigen, ob das Gerät eine Verbindung mit dem Gegenstellengerät initiieren soll oder ob es darauf warten soll, bis das Gegenstellengerät eine Verbindung initiiert. Am Beispiel eines Bluetooth-Systems kann das Gerät, das darauf wartet bis ein Gegenstellengerät eine Verbindung initiiert, in den Bluetooth-Connectable-Zustand eintreten, wenn es eine entsprechende Anzeige empfängt. Dieser Zustand kann ein Leistungszustand sein. Der Zustand kann ein Zustand sein, in dem Verbindungen aktiv initiiert werden oder ein Zustand, in dem das Gerät auf Verbindungen wartet, ohne selbst aktiv Verbindungen zu initiieren.
Die Geräte, die die Paarungsinformationen empfangen, können so ausgeführt sein, dass sie eine gegenseitige Verbindung aufbauen abhängig von dieser Information. In der Praxis kann dies aufgrund in den nichtflüchtigen Speichern dieser Geräte hinterlegten Software realisiert werden, die dazu ausgebildet ist, die Geräte in solche Betriebszustände zu bringen.
Üblicherweise würde ein Bluetooth-Gerät Paarungsinformationen in einem nichtflüchtigen Speicher hinterlegen. Im vorliegenden System kann ein Kommunikationsgerät die Informationen in seinem nichtflüchtigen Speicher speichern, wenn es Paarungsinformationen auf eine der oben beschriebenen Arten empfangen hat. Optional kann es Informationen in einem flüchtigen Speicher, beispielsweise dem Speicher 65 innerhalb der CPU, speichern. Auf diese Weise sind die Paarungsinformationen nach einem Neustart des Systems nicht verfügbar. Die Controller speichern bevorzugt die Paarungsinformationen bezüglich Verbindungen mit der Konsole in einem nichtflüchtigen Speicher. Paarungsinformationen können mittels jedes geeigneten Datenübertragungsverfahrens gesendet werden. Wenn die Paarungsinformationen über eine Bluetoothverbindung verteilt werden, können sie beispielsweise über einen L2CAP-Kanal oder unter Verwendung von AT-Kommandos über einen RFCOMM-Link gesendet werden.
Zusätzliche Informationen können zusammen mit den Paarungsinformationen verteilt werden, beispielsweise Informationen über die Einsatzmöglichkeiten des anderen Geräts, mit dem die Kommunikation stattfinden soll.
Bevor im Bluetooth-System der Verbindungsschlüssel im Paarungsprozess verhandelt wird, muss ein Gerät in den Discoverable-Modus versetzt werden und das andere Gerät, mit welchem es gepaart werden soll, kann daraufhin nach diesem Discoverable-Gerät suchen. Wenn ein Gerät sich im Discoverable-Modus befindet, verbraucht es mehr Energie als in einem Nicht-Discoverable-Modus. Die Konsole wird in der Regel am Netz betrieben, wohingegen die Controller üblicherweise von einem lokalen Energiespeicher, beispielsweise einer Batterie, versorgt werden. In dieser Situation ist es vorteilhaft, wenn die Konsole im Discoverable-Modus betrieben wird und wenn die Controllers sich mit ihr verbinden. Wenn das System auf diese Art und Weise arbeitet und wenn ein Controller eingeschaltet wird, kann er identifizieren, dass er nicht in der Lage ist, sich zu einer Konsole zu verbinden (entweder weil er keine Paarungsinformationen für eine Konsole gespeichert hat oder weil jede Konsole, für die er Paarungsinformationen gespeichert hat, nicht verfügbar ist); und er kann nach einer sich im Discoverable-Modus befindlichen Konsole suchen und wenn eine gefunden wurde, sich mit ihr paaren.
Bevorzugt paaren sich die Controller mit einer Konsole unter Verwendung der einfachen Sicherheitspaarung, so dass keine Notwendigkeit zur Eingabe einer PIN an jedem der Geräte besteht.
Die oben beschriebenen Prinzipien können auch auf Systeme angewendet werden, die andere drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsprotokolle als Bluetooth verwenden. Viele Protokolle basieren auf der Speicherung von Informationen, die es erlauben, eine vorangehend hergestellte Verbindung wieder aufzunehmen. Diese Informationen weisen oft einen Schlüssel und eine Identität/Adresse für das Gegenstellengerät auf. Ein Beispiel ist die Paarung eines SSID und eines Schlüssels in einem 802:11-Gerät.
Bevorzugt werden die Paarungsinformationen über eine verschlüsselte Verbindung übertragen. In einer Bluetooth-Verbindung kann die Verschlüsselung auf eine konventionelle Art und Weise erreicht werden, durch die Anwendung einer XOR-Operation auf Plaintextdaten zusammen mit einem Cipherstream, abgeleitet von Daten, die jenen Verbindungsschlüssel aufweisen, der über der verschlüsselten Verbindung verwendet wird.
Die vorangehend beschriebenen Prinzipien können auch auf andere Systeme als Spielehardware verwendet werden. Beispielsweise können diese Prinzipien verwendet werden zur Konfiguration von Verbindungen zwischen Audiogeräten und visuellen Geräten, die selektiv untereinander kommunizieren sollen: Beispielsweise wenn ein bestimmtes Headphone-Set mit einem bestimmten Musikspieler verwendet werden soll; oder zwischen Anordnungen von Computerperipheriegeräten: Beispielsweise, wenn eine bestimmte Maus und eine Tastatur mit einem bestimmten Computer für allgemeine Zwecke verwendet werden soll. Optional kann entweder die Maus und/oder die Tastatur über das jeweils andere Gerät mit dem Computer kommunizieren. Optional können austauschbare Mäuse und Tastaturen in einer Büroumgebung von Benutzern ausgewählt werden.
Die Anmelderin offenbart hiermit voneinander unabhängig jedes einzelne hier beschriebene Merkmal und jede Kombination von zwei oder mehreren solcher Merkmale in einem Umfang, in dem solche Merkmale oder deren Kombinationen basierend auf der vorliegenden Beschreibung von einem Fachmann als Ganzes im Lichte seines Fachwissens ausgeführt werden können, unbeschadet, ob solche Merkmale oder Merkmalskombinationen ein hier beschriebenes Problem lösen und ohne Beschränkung auf den Umfang der Ansprüche. Die Anmelderin weist darauf hin, dass Aspekte der vorliegenden Erfindung aus jedem einzelnen solcher Merkmale oder einer Merkmalskombination bestehen. In Anbetracht der vorangehenden Beschreibung ist es offensichtlich für einen Fachmann, dass verschiedene Modifikationen ausgeführt werden können und im Umfang der Erfindung liegen.

Claims

Verfahren zum Aufbau einer Verbindung zwischen zwei Geräten (2, 3, 4, 5) unter Verwendung von Kommunikationsverbindungen, welche Verbindungsaufbau-Informationen bereitstellen, die zwischen den beiden Geräten (2, 3, 4, 5) verwendet werden sollen, wobei die Verbindungsaufbau-Informationen ausreichend sind, die Verbindung zwischen den beiden Geräten (2, 3, 4, 5) aufzubauen, wobei das Verfahren aufweist: Aufbauen der Kommunikationsverbindungen zwischen jedem der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) und einem weiteren Gerät (1); Generieren beim weiteren Gerät (1) von Informationen, die Verbindungsaufbau-Parameter zum Aufbau der Verbindung zwischen den beiden Geräten (2, 3, 4, 5) definieren; Übertragen der Informationen, die Verbindungsaufbau-Parameter für die Verbindung zwischen den beiden Geräten (2, 3, 4, 5) definieren, vom weiteren Gerät (1) zu jedem der beiden Geräte (2, 3, 4, 5); und Aufbauen der Verbindung zwischen den beiden Geräten (2, 3, 4, 5) unter Verwendung der definierten Verbindungsaufbau-Parameter.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die definierten Verbindungsaufbau-Parameter einen Verbindungsschlüssel aufweisen, und der Schritt des Aufbauens der Verbindung zwischen den beiden Geräten (2, 3, 4, 5) unter Verwendung der definierten Verbindungsaufbau-Parameter den Schritt aufweist, in dem jedes der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) den Verbindungsschlüssel für wenigstens eine der folgenden Möglichkeiten verwendet: (i) Authentifizieren des anderen der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) und (ii) Verschlüsseln von Kommunikationen über die Verbindung.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die definierten Verbindungsaufbau-Parameter, die zu jedem der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) übertragen werden, eine Geräteadresse des anderen der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) beinhalten und der Schritt des Aufbauens der Verbindung zwischen den beiden Geräten (2, 3, 4, 5) unter Verwendung der definierten Verbindungsaufbau-Parameter den Schritt beinhaltet, dass jedes der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) die Geräteadresse des anderen Geräts für wenigstens einen der beiden folgenden Schritte verwendet: (i) Authentifizieren des anderen der beiden Geräte (2, 3, 4, 5), (ii) Verschlüsseln von Kommunikationen über die Verbindung und (iii) Adressieren der Kommunikationen über die Verbindung.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Protokoll ein Bluetooth-Protokoll ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt des Aufbauens von Kommunikationsverbindungen zwischen jedem der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) und dem weiteren Gerät (1) beinhaltet, dass das weitere Gerät (1) im Discoverable-Modus betrieben wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jedes der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) dazu ausgebildet ist, die Verbindungsaufbau-Informationen so zu speichern, dass sie nach einem Neustart nicht für das entsprechende Gerät verfügbar sind.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die beiden Geräte (2, 3, 4, 5) Benutzereingabe-Geräte sind.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die beiden Geräte (2, 3, 4, 5) Benutzereingabe-Geräte mit verschiedenen Benutzer-Schnittstellen sind.
Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, bei dem die beiden Geräte (2, 3, 4, 5) Spiele-Controller sind.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das weitere Gerät (1) eine Recheneinheit aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das weitere Gerät (1) eine Spielekonsole ist.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, wenn direkt oder indirekt von Anspruch 7 abhängig, bei dem eines der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) dazu ausgebildet ist, dem weiteren Gerät (1) Benutzereingaben, die es wahrgenommen hat, dem anderen der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) bereitzustellen.
Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem das andere der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) dazu ausgebildet ist, dem weiteren Gerät (1) Benutzereingaben, die es wahrgenommen und von dem einen der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) empfangen hat, dem anderen der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) und dem weiteren Gerät (1) bereitzustellen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die definierten Verbindungsaufbau-Parameter, die zu wenigstens einem der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) übertragen werden, Informationen, die einen Betriebszustand anzeigen, aufweisen, und bei dem der Schritt des Aufbauens der Verbindung zwischen den beiden Geräten (2, 3, 4, 5) unter Verwendung der definierten Verbindungsaufbau-Parameter den Schritt umfasst, dass eines oder jedes der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) den Betriebszustand annimmt, der durch die zu ihm übertragenen Verbindungsaufbau-Informationen definiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem der Betriebszustand, der durch die an eines der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) übertragenen Verbindungsaufbau-Informationen definiert wird, ein Zustand ist, in dem es die Initiierung einer Verbindung vom anderen Gerät erwartet.
Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, bei dem der Betriebszustand, der durch die an eines der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) übertragenen Verbindungsaufbau-Informationen definiert wird, ein Zustand ist, in dem es eine Verbindung zum anderen Gerät initiiert.
Kommunikationssystem umfassend zwei Geräte (2, 3, 4, 5) und ein weiteres Gerät (1), wobei die beiden Geräte (2, 3, 4, 5) und das weitere Gerät (1) dazu ausgebildet sind, eine Verbindung zwischen den zwei Geräten (2, 3, 4, 5) aufzubauen unter Verwendung von Kommunikationsverbindungen, welche Verbindungsaufbau-Informationen bereitstellen, die zwischen den beiden Geräten (2, 3, 4, 5) verwendet werden sollen, wobei die Verbindungsaufbau-Informationen ausreichend sind, die Verbindung zwischen den beiden Geräten (2, 3, 4, 5) mittels eines Verfahrens aufzubauen, das aufweist: Aufbauen der Kommunikationsverbindungen zwischen jedem der beiden Geräte (2, 3, 4, 5) und dem weiteren Gerät (1); Generieren beim weiteren Gerät (1) von Informationen, die Verbindungsaufbau-Parameter zum Aufbau der Verbindung zwischen den beiden Geräten (2, 3, 4, 5) definieren; Übertragen der Informationen, die Verbindungsaufbau-Parameter für die Verbindung zwischen den beiden Geräten (2, 3, 4, 5) definieren, vom weiteren Gerät (1) zu jedem der beiden Geräte (2, 3, 4, 5); und Aufbauen der Verbindung zwischen den beiden Geräten (2, 3, 4, 5) unter Verwendung der Verbindungsaufbau-Parameter.