WebUSB: إطلاق العنان للوصول المباشر إلى أجهزة USB في المتصفح

WebUSB هي واجهة برمجة تطبيقات ثورية تمكن تطبيقات الويب من التواصل مباشرة مع أجهزة USB. تخيل عالمًا يمكن فيه لمتصفحك التفاعل بسلاسة مع طابعة ثلاثية الأبعاد أو متحكم دقيق أو أداة علمية أو أي أداة أخرى تدعم USB. يجعل WebUSB هذا حقيقة واقعة، مما يفتح عالمًا واسعًا من الاحتمالات للتحكم في الأجهزة المستندة إلى الويب والحصول على البيانات.

ما هو WebUSB؟

تقتصر تطبيقات الويب التقليدية عادةً على التفاعل مع الخوادم وعرض المعلومات. يكسر WebUSB هذا الحاجز، مما يوفر طريقة آمنة وموحدة للمواقع الإلكترونية للوصول إلى أجهزة USB مباشرة. يؤدي هذا إلى إلغاء الحاجة إلى التطبيقات الأصلية أو ملحقات المتصفح في العديد من الحالات، مما يبسط تجربة المستخدم ويحسن الأمان.

تشمل الفوائد الرئيسية لـ WebUSB ما يلي:

• تجربة مستخدم مبسطة: يمكن للمستخدمين الاتصال بأجهزة USB بنقرة واحدة، دون الحاجة إلى تثبيت برامج التشغيل أو التطبيقات الأصلية.
• أمان مُحسّن: يعمل WebUSB ضمن بيئة الاختبار المعزولة للأمان الخاصة بالمتصفح، مما يحمي المستخدمين من التعليمات البرمجية الضارة. يتم منح الأذونات على أساس كل موقع على حدة، مما يمنح المستخدمين التحكم في المواقع الإلكترونية التي يمكنها الوصول إلى أجهزة USB الخاصة بهم.
• التوافق عبر الأنظمة الأساسية: يتم دعم WebUSB بواسطة المتصفحات الرئيسية على أنظمة التشغيل المختلفة، مما يضمن توافقًا واسعًا.
• تقليل النفقات العامة للتطوير: يمكن لمطوري الويب الاستفادة من تقنيات الويب الحالية (HTML و CSS و JavaScript) لإنشاء تطبيقات متصلة بالأجهزة، مما يلغي الحاجة إلى تعلم التطوير الأصلي الخاص بالنظام الأساسي.

كيف يعمل WebUSB

توفر واجهة برمجة تطبيقات WebUSB واجهات JavaScript لطلب الوصول إلى أجهزة USB، والمطالبة بالواجهات، وإرسال البيانات واستقبالها، وإدارة تكوينات الأجهزة. يتضمن سير العمل الأساسي الخطوات التالية:

1. طلب الوصول إلى الجهاز: يستخدم تطبيق الويب `navigator.usb.requestDevice()` لمطالبة المستخدم بتحديد جهاز USB. يمكن استخدام عوامل التصفية لتضييق نطاق الاختيار استنادًا إلى معرف البائع أو معرف المنتج أو معايير أخرى.
2. فتح الجهاز: بمجرد أن يمنح المستخدم الإذن، يستدعي التطبيق `device.open()` لإنشاء اتصال.
3. المطالبة بواجهة: غالبًا ما تكشف أجهزة USB عن واجهات متعددة، يمثل كل منها وظيفة معينة. يجب أن يطالب التطبيق بالواجهة المطلوبة باستخدام `device.claimInterface()`.
4. نقل البيانات: يتم تبادل البيانات مع الجهاز باستخدام طريقتي `device.transferIn()` و `device.transferOut()`. تسمح هذه الطرق بعمليات نقل التحكم وعمليات النقل المجمعة وعمليات النقل المقاطعة، اعتمادًا على قدرات الجهاز.
5. إغلاق الجهاز: عند انتهاء التطبيق، يجب عليه تحرير الواجهة باستخدام `device.releaseInterface()` وإغلاق الجهاز باستخدام `device.close()`.

مثال: الاتصال بجهاز تسلسلي USB

دعنا نوضح WebUSB بمثال عملي: الاتصال بجهاز تسلسلي USB (على سبيل المثال، متحكم دقيق مزود بمحول USB إلى تسلسلي).

            
async function connectToSerial() {
  try {
    const device = await navigator.usb.requestDevice({
      filters: [{
        vendorId: 0x2341, // Arduino's vendor ID
      }],
    });

    await device.open();
    await device.selectConfiguration(1); // Assuming configuration 1 is the desired one
    await device.claimInterface(0); // Assuming interface 0 is the serial interface

    console.log("Connected to serial device!");

    // Now you can use device.transferIn() and device.transferOut() to send and receive data.

  } catch (error) {
    console.error("Error connecting to serial device:", error);
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

يوضح جزء التعليمات البرمجية هذا كيفية طلب الوصول إلى جهاز USB بمعرف بائع Arduino وفتح الجهاز وتحديد التكوين والمطالبة بواجهة. بمجرد المطالبة بالواجهة، يمكنك استخدام طريقتي `transferIn()` و `transferOut()` لتبادل البيانات مع الجهاز التسلسلي.

حالات استخدام WebUSB

يفتح WebUSB مجموعة واسعة من التطبيقات عبر مختلف الصناعات:

• الطباعة ثلاثية الأبعاد: تحكم في الطابعات ثلاثية الأبعاد مباشرة من متصفح الويب، مما يسمح للمستخدمين بتحميل النماذج ومراقبة التقدم وضبط الإعدادات دون تثبيت برنامج سطح المكتب. تخيل خدمة تقطيع السحابية التي ترسل التعليمات مباشرة إلى الطابعة.
• الأجهزة العلمية: الوصول إلى الأجهزة العلمية والتحكم فيها مثل راسمات الذبذبات ومقاييس الطيف ومسجلات البيانات مباشرة من واجهة الويب. هذا يسهل جمع البيانات عن بعد وتحليلها والتعاون فيها. تستفيد الجامعات على مستوى العالم من إعدادات المعامل المستندة إلى الويب.
• الأتمتة الصناعية: دمج لوحات معلومات الويب مع المعدات الصناعية للمراقبة والتحكم والتشخيص عن بعد. يتيح ذلك الصيانة التنبؤية ويحسن الكفاءة التشغيلية.
• الأجهزة الطبية: تطوير واجهات قائمة على الويب للأجهزة الطبية مثل أجهزة مراقبة ضغط الدم ومقاييس الجلوكوز وأجهزة تخطيط كهربية القلب، مما يتيح مراقبة المرضى عن بعد وتطبيقات الرعاية الصحية عن بعد. ضمان الالتزام بمعايير الأمان والخصوصية الصارمة في هذا المجال.
• الأجهزة الطرفية للألعاب: تخصيص الأجهزة الطرفية للألعاب مثل الفئران ولوحات المفاتيح وسماعات الرأس مباشرة من متصفح الويب، مما يسمح للمستخدمين بضبط تأثيرات الإضاءة وإعادة تعيين الأزرار وتكوين الملفات الشخصية.
• برمجة المتحكمات الدقيقة: قم ببرمجة وتصحيح المتحكمات الدقيقة مباشرة من متصفح الويب، مما يؤدي إلى تبسيط عملية التطوير وجعلها في متناول المبتدئين. تستفيد منصات مثل Arduino بشكل كبير.
• محطات الويب التسلسلية: قم بإنشاء محطات طرفية تسلسلية قائمة على الويب للتواصل مع الأنظمة المضمنة وأجهزة إنترنت الأشياء والأجهزة الأخرى التي تدعم التسلسل. هذا يزيل الاعتماد على محاكيات طرفية خاصة بالنظام الأساسي.
• تحديثات البرامج الثابتة: قم بإجراء تحديثات البرامج الثابتة على أجهزة USB مباشرةً من خلال متصفح الويب، مما يؤدي إلى تبسيط عملية التحديث وتقليل مخاطر الأخطاء. ضع في اعتبارك الشركات المصنعة التي تستخدم WebUSB لتحديثات المنتجات بسهولة.

اعتبارات الأمان

الأمان له أهمية قصوى عند التعامل مع الوصول المباشر إلى الأجهزة. يشتمل WebUSB على العديد من آليات الأمان لحماية المستخدمين:

• موافقة المستخدم: لا يمكن للمواقع الإلكترونية الوصول إلى أجهزة USB دون إذن صريح من المستخدم. تعرض طريقة `navigator.usb.requestDevice()` دائمًا مطالبة بالإذن، مما يسمح للمستخدمين باختيار الأجهزة التي سيتم مشاركتها.
• متطلب HTTPS: يتوفر WebUSB فقط للمواقع الإلكترونية التي يتم تقديمها عبر HTTPS، مما يضمن تشفير الاتصال بين المتصفح والخادم.
• الوصول المستند إلى الأصل: ترتبط أجهزة USB بأصل معين (مجال). لا يمكن للمواقع الإلكترونية الأخرى الوصول إلى الجهاز ما لم يمنح المستخدم الإذن صراحةً.
• وضع الحماية: يعمل WebUSB ضمن بيئة الاختبار المعزولة للأمان الخاصة بالمتصفح، مما يحد من التأثير المحتمل للتعليمات البرمجية الضارة.
• عمليات تدقيق الأمان المنتظمة: تجري الشركات المصنعة للمتصفحات عمليات تدقيق أمني منتظمة لتحديد ومعالجة نقاط الضعف المحتملة في واجهة برمجة تطبيقات WebUSB.

على الرغم من إجراءات الأمان هذه، من المهم توخي الحذر عند منح الوصول إلى USB للمواقع الإلكترونية. امنح الإذن فقط للمواقع الإلكترونية الموثوق بها، واحذر من المواقع الإلكترونية التي تطلب الوصول إلى أجهزة USB دون شرح واضح لسبب الحاجة إليها.

دعم المتصفح

يدعم المتصفحات التالية حاليًا WebUSB:

• Google Chrome: دعم كامل منذ الإصدار 61.
• Microsoft Edge: دعم كامل منذ الإصدار 79 (Edge المستند إلى Chromium).
• Opera: دعم كامل.

لا يزال دعم المتصفحات الأخرى قيد الدراسة. تحقق من وثائق المتصفح للحصول على أحدث المعلومات.

WebUSB مقابل طرق اتصالات USB الأخرى

تاريخيًا، كان التفاعل مع أجهزة USB من تطبيق ويب عملية معقدة وغير آمنة في كثير من الأحيان، وغالبًا ما تتطلب:

• التطبيقات الأصلية: قدمت هذه التطبيقات وصولاً كاملاً إلى أجهزة النظام، لكنها تطلبت من المستخدمين تنزيل وتثبيت برامج خاصة بالنظام الأساسي. شكل هذا مخاطر أمنية وأنشأ حاجزًا أمام دخول المستخدمين.
• ملحقات المتصفح: يمكن للملحقات الوصول إلى أجهزة USB، لكنها غالبًا ما تتطلب امتيازات مرتفعة ويمكن أن تؤدي إلى إدخال نقاط ضعف أمنية.
• مكونات NPAPI الإضافية: كانت NPAPI (Netscape Plugin API) تقنية مهملة سمحت لمتصفحات الويب بتشغيل المكونات الإضافية المكتوبة في التعليمات البرمجية الأصلية. كانت مكونات NPAPI الإضافية مصدرًا رئيسيًا لنقاط الضعف الأمنية وتمت إزالتها في النهاية من معظم المتصفحات.

يوفر WebUSB بديلاً متفوقًا لهذه الطرق، ويوفر طريقة آمنة وموحدة وعبر الأنظمة الأساسية للتفاعل مع أجهزة USB من المتصفح. إنه يلغي الحاجة إلى التطبيقات الأصلية أو ملحقات المتصفح أو المكونات الإضافية NPAPI، مما يؤدي إلى تبسيط عملية التطوير وتحسين الأمان.

التطوير باستخدام WebUSB: أفضل الممارسات

عند تطوير تطبيقات WebUSB، ضع في اعتبارك أفضل الممارسات التالية:

• تقديم تفسيرات واضحة: عند طلب الوصول إلى جهاز USB، اشرح للمستخدم سبب حاجة التطبيق إلى الوصول وما سيتم استخدامه له. بناء الشفافية الثقة وتشجع المستخدمين على منح الإذن.
• التعامل مع الأخطاء بأناقة: قم بتنفيذ معالجة أخطاء قوية للتعامل مع المشكلات المحتملة مثل فصل الجهاز ورفض الإذن وأخطاء الاتصال. قدم رسائل خطأ إعلامية للمستخدم.
• استخدام اكتشاف الميزات: تحقق مما إذا كانت واجهة برمجة تطبيقات WebUSB مدعومة بواسطة المتصفح قبل محاولة استخدامها. قدم آلية احتياطية للمتصفحات التي لا تدعم WebUSB.
• تحسين عمليات نقل البيانات: استخدم طرق نقل البيانات الفعالة لتقليل زمن الانتقال وزيادة الإنتاجية إلى أقصى حد. ضع في اعتبارك استخدام عمليات النقل المجمعة لعمليات نقل البيانات الكبيرة.
• اتبع معايير USB: التزم بمعايير ومواصفات USB لضمان التوافق مع مجموعة واسعة من الأجهزة.
• إعطاء الأولوية للأمان: قم بتنفيذ أفضل ممارسات الأمان لحماية بيانات المستخدم ومنع الوصول غير المصرح به إلى أجهزة USB.
• ضع في اعتبارك التدويل: صمم تطبيقك لدعم لغات ومناطق متعددة. استخدم Unicode لتشفير النص.
• اختبر بدقة: اختبر تطبيقك باستخدام مجموعة متنوعة من أجهزة USB والمتصفحات لضمان التوافق والاستقرار.

مستقبل WebUSB

WebUSB لديها القدرة على إحداث ثورة في الطريقة التي نتفاعل بها مع الأجهزة من الويب. مع استمرار نمو دعم المتصفح ونضوج واجهة برمجة التطبيقات، يمكننا أن نتوقع رؤية المزيد من التطبيقات المبتكرة تظهر. قد تشمل التطورات المستقبلية ما يلي:

• ميزات أمان مُحسّنة: آليات أمان معززة للحماية من التهديدات الجديدة.
• دعم الأجهزة الموسع: دعم مجموعة أوسع من فئات أجهزة USB.
• التكامل مع WebAssembly: الجمع بين WebUSB و WebAssembly لإنشاء تطبيقات متصلة بالأجهزة عالية الأداء.
• واصفات الأجهزة الموحدة: واصفات الأجهزة الموحدة لتبسيط اكتشاف الجهاز وتكوينه.
• واجهة مستخدم مُحسّنة: واجهات أكثر سهولة في الاستخدام لمنح أذونات USB وإدارتها.

الخلاصة

WebUSB هي تقنية تغير قواعد اللعبة تمكن تطبيقات الويب من التواصل مباشرة مع أجهزة USB. إنه يبسط تجربة المستخدم ويحسن الأمان ويفتح عالمًا واسعًا من الاحتمالات للتحكم في الأجهزة المستندة إلى الويب والحصول على البيانات. مع توسع دعم المتصفح وتطور واجهة برمجة التطبيقات، من المقرر أن يصبح WebUSB لبنة أساسية لمستقبل الويب. سواء كنت مطور ويب أو من عشاق الأجهزة أو رائد أعمال، يوفر WebUSB فرصًا جديدة ومثيرة لإنشاء تجارب مبتكرة وجذابة قائمة على الويب.

اكتشف الاحتمالات، وجرّب واجهة برمجة التطبيقات، وساهم في نظام WebUSB البيئي المتنامي. مستقبل تطبيقات الويب المتصلة بالأجهزة هنا.