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随着物联网（IoT）技术的快速发展，Web应用与硬件设备的交互需求日益增长。Web Serial API 作为一项新兴技术，为浏览器端直接访问串行端口（Serial Port）提供了标准化接口，打破了传统Web应用与物理设备之间的壁垒。本文将深入解析 Web Serial API 的实现原理、跨平台通信场景，并探讨其在安全性方面的关键策略。

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Web Serial API 通过 JavaScript 接口实现串口通信，核心功能包括：

• 串口访问：通过 navigator.serial.requestPort() 请求用户授权访问串口设备。
• 参数配置：设置波特率（Baud Rate）、数据位、停止位等通信参数。
• 数据读写：通过 ReadableStream 和 WritableStream 实现双向数据传输。

// 请求串口设备
async function connectSerialPort() {
  const port = await navigator.serial.requestPort({ filters: [] });
  await port.open({ baudRate: 9600 });

  // 读取数据
  const reader = port.readable.getReader();
  while (true) {
    const { value, done } = await reader.read();
    if (done) break;
    console.log("Received data:", new TextDecoder().decode(value));
  }

  // 写入数据
  const writer = port.writable.getWriter();
  await writer.write(new TextEncoder().encode("Hello from Web!"));
  writer.releaseLock();
}

Web Serial API 原生支持 Chromium 89+ 浏览器（如 Chrome、Edge），但 Android 平台需通过 WebUSB Polyfill 实现兼容。

// 使用 WebUSB API 模拟串口通信（Polyfill）
async function connectViaWebUSB() {
  const device = await navigator.usb.requestDevice({
    filters: [{ vendorId: 0x1234 }] // 替换为设备的 Vendor ID
  });
  await device.open();
  await device.claimInterface(0);

  // 模拟串口数据读写
  const reader = device.inEndpoint[0].reader;
  const writer = device.outEndpoint[0].writer;

  // 读取数据
  const data = await reader.read();
  console.log("USB Data:", data);

  // 写入数据
  writer.write(new TextEncoder().encode("USB Command"));
}

• 智能家居控制：通过浏览器直接与 Arduino 或 Raspberry Pi 等设备交互。
• 工业自动化：实时监控传感器数据并触发执行器操作。
• 教育实验：无需安装额外软件，即可完成嵌入式开发调试。

描述：Web Serial API 在智能家居系统中的通信架构，展示浏览器与传感器/执行器的交互流程。

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Web Serial API 的设计遵循 最小权限原则：

• 用户授权机制：每次串口访问需显式请求用户许可（requestPort()）。
• 上下文隔离：仅允许在安全上下文（HTTPS）中使用 API。

if (!navigator.serial) {
  alert("当前浏览器不支持 Web Serial API！");
} else {
  navigator.serial.getPorts().then(ports => {
    console.log("已连接设备:", ports);
  });
}

• 端到端加密：通过 HTTPS 加密整个通信链路，防止中间人攻击（MITM）。
• 数据签名：使用 HMAC 算法对传输数据进行签名验证，确保数据完整性。

const crypto = require('crypto');

function generateHMAC(data, secretKey) {
  const hmac = crypto.createHmac('sha256', secretKey);
  hmac.update(data);
  return hmac.digest('hex');
}

const data = "sensor_data";
const signature = generateHMAC(data, "your-secret-key");
console.log("Data Signature:", signature);

• 跨站请求伪造（CSRF）：通过 Origin 头验证请求来源。
• 拒绝服务（DoS）：限制浏览器端的串口连接数（如单用户最多 1 个连接）。
• 数据篡改：采用 XML 签名（如 IBM WSS API 的 WSSEncryption 接口）确保数据一致性。

描述：Web Serial API 的安全防护体系，涵盖权限控制、数据加密和攻击防御。

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• W3C 标准推进：Web Serial API 已进入 W3C 标准草案阶段，未来将支持更多浏览器（如 Firefox、Safari）。
• 蓝牙扩展：通过 Bluetooth RFCOMM 服务支持 BLE UART 设备（参考 EXPLAINER_BLUETOOTH.md 文档）。

• 开源社区支持：GitHub 上的
  提供了丰富的示例代码和文档。
• 框架集成：Vue、React 等前端框架已提供插件简化串口通信开发流程。

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Web Serial API 为 Web 应用与物联网设备的无缝集成提供了革命性方案。通过标准化接口和严格的安全策略，开发者能够在浏览器端实现低延迟、高可靠性的硬件交互。随着 W3C 标准的普及和社区生态的完善，Web Serial API 将成为 IoT 开发的核心工具之一。

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