WebUSB: Uwolnienie Bezpośredniego Dostępu do Urządzeń USB w Przeglądarce

WebUSB to rewolucyjny interfejs API, który umożliwia aplikacjom webowym bezpośrednią komunikację z urządzeniami USB. Wyobraź sobie świat, w którym Twoja przeglądarka może bezproblemowo współdziałać z drukarką 3D, mikrokontrolerem, instrumentem naukowym lub dowolnym innym urządzeniem obsługującym USB. WebUSB urzeczywistnia to, otwierając ogromną sferę możliwości dla kontroli sprzętu i pozyskiwania danych za pośrednictwem przeglądarki.

Co to jest WebUSB?

Tradycyjne aplikacje webowe są zazwyczaj ograniczone do interakcji z serwerami i wyświetlania informacji. WebUSB przełamuje tę barierę, zapewniając bezpieczny i standaryzowany sposób dla stron internetowych na bezpośredni dostęp do urządzeń USB. Eliminuje to potrzebę natywnych aplikacji lub rozszerzeń przeglądarki w wielu przypadkach, upraszczając doświadczenia użytkownika i poprawiając bezpieczeństwo.

Kluczowe korzyści WebUSB to:

• Uproszczone doświadczenie użytkownika: Użytkownicy mogą łączyć się z urządzeniami USB jednym kliknięciem, bez konieczności instalowania sterowników ani natywnych aplikacji.
• Poprawione bezpieczeństwo: WebUSB działa w piaskownicy bezpieczeństwa przeglądarki, chroniąc użytkowników przed złośliwym kodem. Uprawnienia są udzielane na zasadzie per-strona, dając użytkownikom kontrolę nad tym, które strony internetowe mogą uzyskiwać dostęp do ich urządzeń USB.
• Kompatybilność między platformami: WebUSB jest obsługiwany przez główne przeglądarki w różnych systemach operacyjnych, zapewniając szeroką kompatybilność.
• Zmniejszone obciążenie rozwojowe: Deweloperzy webowi mogą wykorzystywać istniejące technologie webowe (HTML, CSS, JavaScript) do budowania aplikacji połączonych z sprzętem, eliminując potrzebę uczenia się natywnego programowania specyficznego dla danej platformy.

Jak działa WebUSB

Interfejs API WebUSB zapewnia interfejsy JavaScript do żądania dostępu do urządzeń USB, deklarowania interfejsów, wysyłania i odbierania danych oraz zarządzania konfiguracjami urządzeń. Podstawowy przepływ pracy obejmuje następujące kroki:

1. Żądanie dostępu do urządzenia: Aplikacja webowa używa `navigator.usb.requestDevice()` do wyświetlenia użytkownikowi monitu o wybranie urządzenia USB. Filtry mogą być używane do zawężenia wyboru na podstawie identyfikatora dostawcy, identyfikatora produktu lub innych kryteriów.
2. Otwarcie urządzenia: Gdy użytkownik udzieli uprawnienia, aplikacja wywołuje `device.open()` w celu nawiązania połączenia.
3. Zadeklarowanie interfejsu: Urządzenia USB często udostępniają wiele interfejsów, z których każdy reprezentuje określoną funkcję. Aplikacja musi zadeklarować żądany interfejs za pomocą `device.claimInterface()`.
4. Przesyłanie danych: Dane są wymieniane z urządzeniem za pomocą metod `device.transferIn()` i `device.transferOut()`. Metody te umożliwiają transfery kontrolne, transfery zbiorcze i transfery przerwań, w zależności od możliwości urządzenia.
5. Zamknięcie urządzenia: Gdy aplikacja zakończy pracę, powinna zwolnić interfejs za pomocą `device.releaseInterface()` i zamknąć urządzenie za pomocą `device.close()`.

Przykład: Łączenie z urządzeniem szeregowym USB

Zilustrujmy WebUSB na praktycznym przykładzie: łączenie z urządzeniem szeregowym USB (np. mikrokontrolerem z adapterem USB-to-serial).

            
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
              
            
          

Ten fragment kodu pokazuje, jak zażądać dostępu do urządzenia USB z identyfikatorem dostawcy Arduino, otworzyć urządzenie, wybrać konfigurację i zadeklarować interfejs. Po zadeklarowaniu interfejsu można użyć metod `transferIn()` i `transferOut()` do wymiany danych z urządzeniem szeregowym.

Przypadki użycia WebUSB

WebUSB odblokowuje szeroki zakres zastosowań w różnych branżach:

• Drukowanie 3D: Kontroluj drukarki 3D bezpośrednio z przeglądarki internetowej, umożliwiając użytkownikom przesyłanie modeli, monitorowanie postępów i dostosowywanie ustawień bez instalowania oprogramowania na komputerze. Wyobraź sobie usługę krojenia w chmurze bezpośrednio wysyłającą instrukcje do drukarki.
• Instrumenty naukowe: Uzyskaj dostęp do i kontroluj instrumenty naukowe, takie jak oscyloskopy, spektrometry i rejestratory danych bezpośrednio z interfejsu webowego. Ułatwia to zdalne zbieranie danych, analizę i współpracę. Uczelnie na całym świecie korzystają na konfiguracjach laboratoryjnych opartych na sieci.
• Automatyka przemysłowa: Zintegruj pulpity nawigacyjne oparte na sieci z urządzeniami przemysłowymi w celu zdalnego monitorowania, kontroli i diagnostyki. Umożliwia to konserwację predykcyjną i poprawia wydajność operacyjną.
• Urządzenia medyczne: Opracuj interfejsy webowe dla urządzeń medycznych, takich jak monitory ciśnienia krwi, glukometry i maszyny EKG, umożliwiając zdalne monitorowanie pacjentów i aplikacje telemedyczne. Zapewnij zgodność ze rygorystycznymi standardami bezpieczeństwa i prywatności w tej dziedzinie.
• Urządzenia peryferyjne do gier: Dostosuj urządzenia peryferyjne do gier, takie jak myszy, klawiatury i zestawy słuchawkowe bezpośrednio z przeglądarki internetowej, umożliwiając użytkownikom dostosowywanie efektów świetlnych, ponowne mapowanie przycisków i konfigurowanie profili.
• Programowanie mikrokontrolerów: Programuj i debuguj mikrokontrolery bezpośrednio z przeglądarki internetowej, upraszczając proces rozwoju i czyniąc go bardziej dostępnym dla początkujących. Platformy takie jak Arduino odnoszą ogromne korzyści.
• Terminale szeregowe webowe: Twórz terminale szeregowe oparte na sieci w celu komunikacji z systemami wbudowanymi, urządzeniami IoT i innym sprzętem obsługującym port szeregowy. Eliminuje to zależność od emulatorów terminali specyficznych dla platformy.
• Aktualizacje oprogramowania układowego: Wykonuj aktualizacje oprogramowania układowego na urządzeniach USB bezpośrednio za pośrednictwem przeglądarki internetowej, usprawniając proces aktualizacji i zmniejszając ryzyko błędów. Rozważ producentów używających WebUSB do łatwych aktualizacji produktów.

Kwestie bezpieczeństwa

Bezpieczeństwo ma kluczowe znaczenie w przypadku bezpośredniego dostępu do sprzętu. WebUSB zawiera kilka mechanizmów bezpieczeństwa chroniących użytkowników:

• Zgoda użytkownika: Strony internetowe nie mogą uzyskać dostępu do urządzeń USB bez wyraźnej zgody użytkownika. Metoda `navigator.usb.requestDevice()` zawsze wyświetla monit o pozwolenie, umożliwiając użytkownikom wybór urządzeń, które mają być udostępniane.
• Wymóg HTTPS: WebUSB jest dostępny tylko dla stron internetowych obsługiwanych przez HTTPS, co zapewnia szyfrowanie komunikacji między przeglądarką a serwerem.
• Dostęp oparty na pochodzeniu: Urządzenia USB są powiązane z określonym pochodzeniem (domeną). Inne strony internetowe nie mogą uzyskać dostępu do urządzenia, chyba że użytkownik wyraźnie udzieli zgody.
• Piaskownica: WebUSB działa w piaskownicy bezpieczeństwa przeglądarki, ograniczając potencjalny wpływ złośliwego kodu.
• Regularne audyty bezpieczeństwa: Producenci przeglądarek przeprowadzają regularne audyty bezpieczeństwa w celu identyfikacji i rozwiązywania potencjalnych luk w interfejsie API WebUSB.

Pomimo tych środków bezpieczeństwa, ważne jest zachowanie ostrożności podczas udzielania dostępu USB do stron internetowych. Udzielaj uprawnień tylko zaufanym stronom internetowym i uważaj na strony internetowe, które żądają dostępu do urządzeń USB bez jasnego wyjaśnienia, dlaczego jest to potrzebne.

Obsługa przeglądarki

WebUSB jest obecnie obsługiwany przez następujące przeglądarki:

• Google Chrome: Pełna obsługa od wersji 61.
• Microsoft Edge: Pełna obsługa od wersji 79 (Edge oparte na Chromium).
• Opera: Pełna obsługa.

Obsługa innych przeglądarek jest rozważana. Sprawdź dokumentację przeglądarki, aby uzyskać najnowsze informacje.

WebUSB vs. inne metody komunikacji USB

Historycznie, interakcja z urządzeniami USB z aplikacji webowej była złożonym i często niebezpiecznym procesem, często wymagającym:

• Aplikacje natywne: Zapewniały pełny dostęp do sprzętu systemu, ale wymagały od użytkowników pobrania i zainstalowania oprogramowania specyficznego dla platformy. Stwarzało to zagrożenia dla bezpieczeństwa i stanowiło barierę dla użytkowników.
• Rozszerzenia przeglądarki: Rozszerzenia mogły uzyskać dostęp do urządzeń USB, ale często wymagały podwyższonych uprawnień i mogły wprowadzać luki w zabezpieczeniach.
• Wtyczki NPAPI: NPAPI (Netscape Plugin API) to przestarzała technologia, która pozwalała przeglądarkom uruchamiać wtyczki napisane w kodzie natywnym. Wtyczki NPAPI były głównym źródłem luk w zabezpieczeniach i zostały ostatecznie usunięte z większości przeglądarek.

WebUSB oferuje lepszą alternatywę dla tych metod, zapewniając bezpieczny, standaryzowany i międzyplatformowy sposób interakcji z urządzeniami USB z przeglądarki. Eliminuje potrzebę natywnych aplikacji, rozszerzeń przeglądarki lub wtyczek NPAPI, upraszczając proces rozwoju i poprawiając bezpieczeństwo.

Programowanie z WebUSB: Najlepsze praktyki

Podczas tworzenia aplikacji WebUSB należy pamiętać o następujących najlepszych praktykach:

• Zapewnij jasne wyjaśnienia: Żądając dostępu do urządzenia USB, wyjaśnij użytkownikowi, dlaczego aplikacja potrzebuje dostępu i do czego będzie używana. Przejrzystość buduje zaufanie i zachęca użytkowników do udzielania pozwolenia.
• Obsługuj błędy z wdziękiem: Zaimplementuj solidną obsługę błędów, aby poradzić sobie z potencjalnymi problemami, takimi jak odłączenie urządzenia, odmowa pozwolenia i błędy komunikacji. Dostarczaj użytkownikowi pouczające komunikaty o błędach.
• Użyj wykrywania funkcji: Sprawdź, czy interfejs API WebUSB jest obsługiwany przez przeglądarkę przed podjęciem próby jego użycia. Zapewnij mechanizm zapasowy dla przeglądarek, które nie obsługują WebUSB.
• Zoptymalizuj transfer danych: Użyj wydajnych metod przesyłania danych, aby zminimalizować opóźnienia i zmaksymalizować przepustowość. Rozważ użycie transferów zbiorczych dla dużych transferów danych.
• Przestrzegaj standardów USB: Przestrzegaj standardów i specyfikacji USB, aby zapewnić kompatybilność z szeroką gamą urządzeń.
• Priorytet bezpieczeństwa: Wdrażaj najlepsze praktyki w zakresie bezpieczeństwa, aby chronić dane użytkownika i zapobiegać nieautoryzowanemu dostępowi do urządzeń USB.
• Rozważ internacjonalizację: Zaprojektuj aplikację tak, aby obsługiwała wiele języków i regionów. Użyj Unicode do kodowania tekstu.
• Testuj dokładnie: Przetestuj swoją aplikację z różnymi urządzeniami USB i przeglądarkami, aby zapewnić kompatybilność i stabilność.

Przyszłość WebUSB

WebUSB ma potencjał zrewolucjonizować sposób, w jaki wchodzimy w interakcje ze sprzętem z sieci. W miarę wzrostu obsługi przeglądarek i dojrzewania interfejsu API, możemy spodziewać się pojawienia się jeszcze bardziej innowacyjnych aplikacji. Przyszłe osiągnięcia mogą obejmować:

• Ulepszone funkcje bezpieczeństwa: Ulepszone mechanizmy bezpieczeństwa w celu ochrony przed nowymi zagrożeniami.
• Rozszerzone wsparcie dla urządzeń: Obsługa szerszej gamy klas urządzeń USB.
• Integracja z WebAssembly: Łączenie WebUSB z WebAssembly w celu tworzenia wysokowydajnych aplikacji połączonych z sprzętem.
• Znormalizowane deskryptory urządzeń: Znormalizowane deskryptory urządzeń w celu uproszczenia wykrywania i konfiguracji urządzeń.
• Ulepszony interfejs użytkownika: Bardziej przyjazne dla użytkownika interfejsy do udzielania i zarządzania uprawnieniami USB.

Wnioski

WebUSB to przełomowa technologia, która umożliwia aplikacjom webowym bezpośrednią komunikację z urządzeniami USB. Upraszcza to doświadczenie użytkownika, poprawia bezpieczeństwo i otwiera ogromną sferę możliwości dla kontroli sprzętu opartej na sieci i pozyskiwania danych. Wraz z rozwojem wsparcia przeglądarki i ewolucją interfejsu API, WebUSB ma szansę stać się podstawowym elementem przyszłości sieci. Niezależnie od tego, czy jesteś deweloperem webowym, entuzjastą sprzętu, czy przedsiębiorcą, WebUSB oferuje ekscytujące nowe możliwości tworzenia innowacyjnych i angażujących doświadczeń internetowych.

Poznaj możliwości, eksperymentuj z interfejsem API i wnieś wkład w rozwijający się ekosystem WebUSB. Przyszłość aplikacji internetowych połączonych ze sprzętem jest tutaj.