Z-Wave

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Z-Wave : 8 minutes

Z-Wave est un protocole de communication sans fil qui est principalement utilisé dans les réseaux domestiques intelligents. Il permet aux appareils intelligents de se joindre et d’échanger des données et des commandes entre eux.

La communication bidirectionnelle par réseau maillé et l’accusé de réception des messages ainsi que l’accusé de réception des messages, Z-Wave offre un accusé de réception des messages. Le protocole Z-Wave permet également de réduire les problèmes d’alimentation et offre une connectivité sans fil à faible coût pour la domotique, offrant une alternative à faible puissance au Wi-Fi ainsi qu’une alternative plus étendue au Bluetooth.

Comment fonctionne Z-Wave

Un réseau Z-Wave est composé de dispositifs de l’Internet des objets (IoT) et d’un contrôleur principal, également appelé concentrateur domestique intelligent, qui est le seul dispositif du réseau Z-Wave connecté à Internet. Lorsqu’un concentrateur Z-Wave reçoit une instruction d’une application appelée  » smart home » sur une tablette, un smartphone ou un ordinateur portable, il relaie la demande à l’appareil qu’il dirige via des réseaux qui peuvent contenir jusqu’à 232 appareils, dont le concentrateur.

En utilisant un réseau maillé, les signaux Z-Wave peuvent être transmis par des dispositifs Z-Wave dans un processus connu sous le nom de « saut » pour atteindre le dispositif que l’utilisateur veut contrôler. Chaque réseau Z-Wave est capable d’accueillir jusqu’à quatre sauts.

Le protocole Z-Wave fonctionne sur la bande basse fréquence 908,42 aux États-Unis et sur la bande 868,42 MHz en Europe. Bien que des interférences avec d’autres appareils électroniques de la maison, comme les téléphones sans fil, puissent se produire, le protocole Z-Wave est capable d’éviter les interférences de la bande de 2,4 GHz, sur laquelle le Wi-Fi et le Bluetooth fonctionnent.

Z-Wave offre des taux de transmission de données par petits paquets de 9,6 kbps 40 kbps, 40 kbps ou 100 kmbps. Les couches MAC et PHY de Z-Wave sont construites sur la norme radio mondiale ITU-T G.9959 et le protocole utilise la modulation GFSK ainsi que le codage Manchester. Il est également doté du cryptage AES 128, de l’IPv6 et du fonctionnement multicanal.

En termes d’autorisation et d’identification Chaque réseau connecté à Z-Wave est identifié par un ID pour le réseau et chaque dispositif qui y est connecté est identifié par un ID pour le nœud. Un ID de réseau unique empêche, par exemple, la maison qui dispose d’une connectivité Z-Wave de contrôler les appareils d’une maison équipée de manière similaire.

La portée de la communication entre les appareils varie entre 98 et 328 pieds ; la série 500 a une portée de 130 pieds, tandis que la série 700 a une portée de 328 pieds. Étant donné que les murs et autres matériaux de construction limitent la portée, la meilleure façon de déployer le système consiste à placer les dispositifs Z-Wave à au moins 15 mètres les uns des autres pour maximiser la puissance du signal.

L’utilisation d’un répéteur Z-Wave en tant que dispositif supplémentaire en conjonction avec différents dispositifs, ou des dispositifs alimentés en ligne, non alimentés par batterie – au sein du réseau peut aider à renforcer le signal et à l’aider à atteindre sa destination finale. La portée maximale pour quatre sauts est de 600 pieds.

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En termes de durée de vie de la batterie, certains modèles Z-Wave de la série 700 peuvent durer jusqu’à 10 ans en utilisant une pile à monnaie, tandis que d’autres appareils alimentés par batterie peuvent durer une année entière ou plus.

Chaque aspect de la technologie Z-Wave est rétrocompatible.

Pour pouvoir porter la marque Z-Wave, les appareils domestiques intelligents doivent être certifiés Z-Wave. Cela signifie qu’ils doivent répondre à une série d’exigences, le plus important étant qu’ils soient compatibles avec tous les autres appareils certifiés Z-Wave.

Histoire

Le premier concept a été conçu par Zensys, une société danoise, Zensys et ses fondateurs, Zensys a été la première société à proposer le protocole Z-Wave ; il s’agissait au départ d’un système de contrôle de l’éclairage destiné au grand public qui s’est transformé en un réseau maillé pour le protocole de domotique mis en œuvre sur un système sur puce (SoC). L’objectif de la société était de développer une alternative plus simple et moins coûteuse au protocole existant pour la maison intelligente. Zensys a été rachetée par Sigma Designs Inc. En 2008.

En 2001, la puce de la série 100 a été lancée en 2001, puis la série 200 en 2005. En 2013, la série 500, appelée Z-Wave Plus, a été lancée avec une augmentation de 50 % de la durée de vie de la batterie et une augmentation de 67 % de la portée, et 250 % de bande passante en plus, ainsi que des fonctionnalités plug-and-play et des mises à jour standard over-the-air.

La Z-Wave Alliance est un consortium de fabricants, de leaders industriels et d’intégrateurs qui s’engagent à créer et à étendre les capacités et les applications de Z-Wave. L’alliance a été créée en 2005, lorsque des participants d’Intermatic Inc, Leviton Manufacturing Co Inc, Wayne Dalton, Danfoss et Universal Electronics ont rencontré Zensys pour discuter de l’état actuel du protocole domotique. Les plus de 700 membres comprennent actuellement D-Link Systems Inc, Honeywell International Inc, LG Electronics, Verizon et d’autres.

En 2016, une partie de la technologie Z-Wave a été rendue open source. Sigma Designs a ajouté une couche d’interopérabilité à la bibliothèque open source Z-Wave, dans l’intention de fournir aux fabricants, aux développeurs de logiciels universitaires, aux amateurs et autres la possibilité d’apprendre, d’utiliser et de faire des commentaires sur le fonctionnement de Z-Wave sans avoir à s’inscrire à la Z-Wave Alliance ou à acheter un kit de développement Z-Wave. Auparavant, les accords de non-divulgation n’étaient pas nécessaires et les spécifications n’étaient accessibles qu’aux membres de Z-Wave Alliance et aux propriétaires de Z-Wave SDK.

Sigma Designs a également publié en 2016 la spécification de sécurité Z-Wave S2, la spécification Z-Wave over IP pour le transport des signaux Z-Wave sur les réseaux IP, ainsi que le middleware Z-Ware.

En 2017, Sigma Designs a annoncé Z-Wave SmartStart qui est un mélange des couches logicielles du protocole Z-Wave et de la passerelle Z-Wave, permettant une préconfiguration et supprimant le besoin de connecter manuellement les appareils au réseau domestique Z-Wave puisqu’ils peuvent être connectés automatiquement lorsqu’ils sont mis sous tension.

La série 700 a été révélée lors du Consumer Electronics Show 2018 et sera disponible plus tard dans l’année. Cette version offre une portée de dispositif à dispositif de plus de la marque de 328 pieds et la portée de maillage est de plus de 1 312 pieds. Elle dispose également d’un SoC Arm Cortex 32 bits, contrairement aux versions précédentes qui utilisaient la fondation 8 bits Intel MCS-51/8051.

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En 2018, Sigma Designs a vendu Z-Wave à Silicon Labs.

La popularité et l’acceptation de Z-Wave

En 2002, des appareils certifiés Z-Wave étaient en vente. En 2012, leur nombre était passé à plus de 1 000. En 2018, plus de 2 400 appareils certifiés Z-Wave sont accessibles par l’intermédiaire des plus de 700 membres de la Z-Wave Alliance.

Le site Web de Z-Wave affirme qu’il offre la plus grande variété d’appareils intelligents disponibles auprès de marques connues et que plus de 100 millions d’appareils Z-Wave ont été achetés pour des maisons intelligentes dans le monde entier.

À l’heure actuelle, les appareils certifiés Z-Wave sont utilisés pour contrôler les télécommandes et l’administration d’une grande variété d’appareils et d’applications de la maison intelligente et de l’IdO, comme les thermostats intelligents et les serrures intelligentes. L’éclairage intelligent, les capteurs intelligents les fiches intelligentes, les prises ainsi que les hubs de la maison intelligente.

Les produits certifiés Z-Wave sont proposés par des marques comme ADT, GE, Honeywell, Kwikset, Schlage et SmartThings.

Sécurité Z-Wave

Au début, Z-Wave avait une mauvaise réputation en termes de sécurité. Bien qu’il ait fourni un cryptage AES, de nombreux incidents de sécurité ont impliqué Z-Wave, principalement en raison d’erreurs de fabrication ou d’entreprises qui n’ont pas utilisé la sécurité recommandée au départ.

Lors d’une présentation Black Hat en 2013, des pirates ont montré comment utiliser l’outil d’interception et d’injection de paquets Z-Force pour trouver une faille importante dans la couche de sécurité de Z-Wave. Ils ont montré comment attaquer une serrure de porte Z-Wave cryptée, dont on a découvert par la suite qu’il s’agissait d’une faille de sécurité créée non pas par Z-Wave cependant, mais par le fabricant de la serrure. En conséquence, Sigma Designs a ajouté des cas de test de sécurité supplémentaires à son processus de certification.

Dans une présentation donnée lors de la ShmooCon 2016, deux hackers ont expliqué comment l’outil de test de pénétration open-source EZ-Wave peut être utilisé pour désactiver des sources lumineuses et endommager physiquement des appareils certifiés Z-Wave. Grâce à leur enquête, ils ont découvert que seuls neuf appareils avaient une compatibilité AES. L’Alliance Z-Wave a rendu le cryptage AES 128 obligatoire pour les appareils à certifier.

Z-Wave rendu obligatoire par l’Alliance Les appareils certifiés Z-Wave adhèrent au cadre Security 2 (S2) en avril 2017. La procédure est ainsi passée d’une approche en trois étapes dans le cadre antérieur S0 à un processus en une seule étape dans le cadre S2.

Pour tenter d’atténuer les attaques de type « man-in-the-middle », les dénis de service distribués (DDOS) et les attaques par force brute contre les dispositifs Z-Wave, S2 utilise la cryptographie Diffie-Hellman à courbe elliptique et exige un code QR ou un code PIN sur le dispositif pour l’authentification. S2 fournit également des communications cloud améliorées en canalisant tout le trafic ZWave sur IP dans un tunnel TLS 1.1 crypté.

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En mai 2018, des chercheurs de Pen Test Partners ont découvert une faille logicielle vieille de cinq ans au sein du protocole Z-Wave, également connue sous le nom de Z-Shave, qui a affecté environ 100 millions de SoC dans des appareils domestiques intelligents fabriqués par plus de 2 400 fabricants.

Dans l’attaque, l’appareil est amené à croire qu’il n’est pas compatible avec le cadre S2 de Z-Wave, et il réduit la sécurité de l’appareil au cadre S0 pour assurer la compatibilité. Comme S0 utilise des clés de chiffrement codées en dur et est vulnérable au piratage, les pirates pourraient éventuellement intercepter les communications et même les clés des serrures intelligentes pour ouvrir les portes de la maison.

Silicon Labs a réfuté la capacité de l’attaque, déclarant que cette attaque nécessite un contact physique avec le dispositif pendant le processus d’appairage qui se produit lors de la première installation ou de la réinstallation. L’utilisateur doit être présent au moment de l’attaque et doit savoir que l’appareil fonctionne en mode S0. La société a également déclaré qu’elle mettait à jour les spécifications afin que les clients soient informés lorsqu’un appareil est mis à niveau en mode S0. L’utilisateur doit admettre et accepter le message pour pouvoir utiliser le système.

Z-Wave contre Zigbee

Z-Wave et Zigbee font partie des grands noms des protocoles de communication pour la maison intelligente. Ils utilisent tous deux des signaux radio de faible puissance et de courte portée, ainsi que la technologie des réseaux maillés, et sont tous deux sécurisés par AES. Il existe toutefois quelques différences significatives.

Z-Wave fonctionne sur la bande de basse fréquence 908,42 Hz. Le protocole Zigbee fonctionne à 2,4 GHz. La fréquence plus élevée permet à Zigbee d’envoyer plus de données à un débit plus rapide – entre 40 et 250 kbps sur la bande de 9,6 à 100 kbps de Z-Wave, elle limite la plage de fréquences. La portée de 98 pieds de Z-Wave est supérieure à celle de 32 pieds de Zigbee. Étant donné qu’il s’agit d’une norme ouverte gérée par la Zigbee Alliance, les puces Zigbee sont disponibles auprès d’un grand nombre de fournisseurs, alors que les puces Z-Wave ne peuvent être achetées que par l’intermédiaire de Silicon Labs.

Zigbee est souvent considéré comme plus complexe en raison de ses nombreux protocoles. Par exemple, il possède des spécificités pour l’énergie intelligente, la santé, les passerelles et bien d’autres choses encore, qui ne communiquent généralement pas bien ensemble. Cependant, Zigbee 3.0, la dernière version de Zigbee 3.0, vise à résoudre ce problème et à éliminer cette complexité.

Un réseau Zigbee qui n’a pas de nombre maximal de sauts, peut être utilisé pour accueillir plus de 65 000 dispositifs, tandis que le réseau Z-Wave, qui est limité à quatre sauts, ne permet que 232 dispositifs.

Parfois, on pense qu’il s’agit d’une alternative, mais de nombreux concentrateurs domestiques intelligents d’aujourd’hui, tels que Samsung SmartThings et Wink Hub, sont compatibles avec les deux normes, ce qui permet aux dispositifs Zigbee et Z-Wave de communiquer entre eux, ce qui signifie qu’il n’est pas nécessaire de choisir l’une ou l’autre.

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Marine
Marine

Passionnée par l'entreprenariat depuis plus de 10 ans, je suis à la tête d'une société française visant à favoriser la communication des entreprises. Également attiré par la finance, je partage mes conseils et expériences au travers mes articles de blog.

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