Matter

概要

Matter（旧称: Project CHIP — Connected Home over IP）は、スマートホーム機器の相互接続性（インターオペラビリティ） を実現するためのオープン規格である。Connectivity Standards Alliance（CSA）が管理し、Apple、Amazon、Google、Samsung、IKEA など 550 社以上が参加している。

Matter の最大の特徴は、メーカーや音声アシスタントプラットフォームを問わずスマートホーム機器を相互に接続・制御できる点にある。たとえば、Matter 対応の照明をAmazon Alexa でも Apple HomeKit でも Google Home でも制御できる。

Matter は通信プロトコルそのものではなく、アプリケーション層の規格であり、以下の複数の通信プロトコルを物理・データリンク層として使用する。

トランスポート	用途
Wi-Fi（IEEE 802.11）	既存の家庭用 Wi-Fi ルーター経由
Thread	メッシュネットワーク経由（低消費電力）
Ethernet	有線接続デバイス向け
Bluetooth LE（BLE）	初期セットアップ（コミッショニング）専用

Matter の規格は IP（Internet Protocol）ベースで設計されており、すべての Matter デバイスは IPv6 アドレスを持つ。

歴史・背景

スマートホーム市場では長年、Amazon Echo（Alexa）、Apple HomeKit、Google Home、Samsung SmartThings がそれぞれ独自のエコシステムを構築し、ブランドの壁を越えた相互接続が困難という問題があった。さらに ZigBee、Z-Wave、Wi-Fi など物理層も乱立していた。

この状況を打開するために、2019 年 12 月に Apple・Amazon・Google・Zigbee Alliance（現 CSA）が共同で Project CHIP（Connected Home over IP） を発表した。

年	出来事
2019年12月	Project CHIP 発表（Apple/Amazon/Google/Zigbee Alliance）
2021年5月	「Matter」に名称変更
2022年10月	Matter 1.0 正式リリース
2023年10月	Matter 1.2 リリース（冷蔵庫・洗濯機等の家電デバイス追加）
2024年4月	Matter 1.3 リリース（エネルギー管理・EV 充電器対応）
2024年11月	Matter 1.4 リリース（水・エネルギー機器拡充）

技術仕様

アーキテクチャ概要

Matter はレイヤー構造で設計されている。

┌─────────────────────────────────────────────┐
│           Matter アプリケーション層           │
│  (デバイスタイプ定義・クラスター・属性・コマンド) │
├─────────────────────────────────────────────┤
│         Matter インタラクションモデル          │
│     (Read/Write/Subscribe/Invoke)           │
├─────────────────────────────────────────────┤
│           Matter セキュリティ層               │
│     (CASE / PASE / TLS 1.3 ベース)          │
├─────────────────────────────────────────────┤
│                 IPv6                         │
├────────────┬────────────┬────────────────────┤
│  Wi-Fi     │  Thread    │  Ethernet          │
└────────────┴────────────┴────────────────────┘

デバイスモデル（クラスターとエンドポイント）

Matter デバイスは エンドポイント（Endpoint） の集合体として定義され、各エンドポイントは クラスター（Cluster） の集合体である。クラスターはデバイス機能の論理的な単位で、属性（Attribute） と コマンド（Command） を持つ。

Matter デバイス（スマート電球の例）
└── Endpoint 1: On/Off Light（デバイスタイプ）
    ├── Cluster: On/Off
    │   ├── Attribute: OnOff (boolean)
    │   ├── Command: On
    │   ├── Command: Off
    │   └── Command: Toggle
    ├── Cluster: Level Control
    │   ├── Attribute: CurrentLevel (0-254)
    │   └── Command: MoveToLevel
    └── Cluster: Color Control
        ├── Attribute: CurrentHue
        └── Attribute: CurrentSaturation

セキュリティモデル

Matter は強固なセキュリティを設計の中心に置いている。

DAC（Device Attestation Certificate） — デバイスの真正性を証明する X.509 証明書。製造時に書き込まれる。
PAI（Product Attestation Intermediate） — メーカーの中間証明書
PAA（Product Attestation Authority） — CSA が管理するルート証明書
PASE（Passcode Authenticated Session Establishment） — セットアップ時のペアリング（QR コードのパスコード使用）
CASE（Certificate Authenticated Session Establishment） — 通常通信時のセッション確立（証明書ベース）

コミッショニング（デバイス登録）プロセス

1. 新デバイスが BLE または Wi-Fi softAP で Commissioning モードに入る
2. コントローラアプリ（スマートフォン等）が BLE で接続
3. QR コードまたは数字コード（Onboarding Payload）でデバイスを識別
4. PASE でセキュアチャネル確立
5. ネットワーク認証情報（Wi-Fi パスワードまたは Thread 認証情報）をデバイスに転送
6. デバイスが Wi-Fi/Thread に接続
7. DAC を使った Attestation（真正性確認）
8. 操作ノードID の割り当てで完了

動作原理

Fabric（ファブリック）

Matter では複数のコントローラ（Amazon Echo Hub、Apple HomePod、Google Nest Hub 等）が 1 つのデバイスを同時に管理できる概念として Fabric を使用する。デバイスは複数の Fabric に参加できるため、異なるエコシステム間での共有が可能になる。

スマート電球（Matter デバイス）
├── Fabric A: Amazon Alexa エコシステム
│   └── ノードID = 0x00000001
├── Fabric B: Apple HomeKit エコシステム
│   └── ノードID = 0x00000002
└── Fabric C: Google Home エコシステム
    └── ノードID = 0x00000003

Subscribe（イベント購読）

Matter のインタラクションモデルでは、コントローラがデバイスの属性変化をプッシュ通知で受け取る Subscribe モデルをサポートする。ポーリング不要でリアルタイム性が高い。

コントローラ → [SubscribeRequest] → デバイス
コントローラ ← [ReportData]       ← デバイス（属性変化時に自動送信）
コントローラ → [StatusResponse]   → デバイス（ACK）

用途・ユースケース

スマートホーム照明・スイッチ

Matter の最も基本的な用途は照明とスイッチの制御である。Philips Hue、IKEA TRADFRI、Nanoleaf などの照明メーカーが Matter 対応製品を投入している。

Matter Bridge（ブリッジ）

既存の ZigBee や Z-Wave デバイスを Matter エコシステムに取り込む Matter ブリッジ が普及している。Amazon Echo Hub、Philips Hue ブリッジ v2 などが Matter ブリッジとして機能し、ZigBee 端末を Matter デバイスとして仮想化する。

ZigBee センサー → ZigBee コーディネータ → Matter ブリッジ → Matter ネットワーク → Alexa/HomeKit/Google Home

ESP32 による Matter デバイス開発

Espressif は ESP32 向けに esp-matter SDK を提供しており、Matter デバイスの開発が可能である。

# esp-matter 環境セットアップ
git clone --recursive https://github.com/espressif/esp-matter.git
cd esp-matter
. ./install.sh
. ./export.sh

# サンプル（照明デバイス）のビルドと書き込み
cd examples/light
idf.py set-target esp32c3
idf.py build flash monitor

Matter デバイスとして動作させるには、製品化時に CSA から VID（Vendor ID）と PID（Product ID） を取得し、DAC を適切に管理する必要がある。開発評価用には CSA のテスト VID/PID が使用できる。

実装・開発のポイント

CHIP Tool（matter-tool）によるテスト

Matter SDK に含まれる chip-tool コマンドラインツールを使うと、開発中の Matter デバイスを手動でコミッションし、コマンドを送れる。

# chip-tool のビルド
cd connectedhomeip
./scripts/examples/gn_build_example.sh examples/chip-tool out/chip-tool

# デバイスのコミッション（BLE 経由）
./out/chip-tool/chip-tool pairing ble-wifi <node-id> <ssid> <password> <setup-pin-code> <discriminator>

# On/Off コマンドの送信
./out/chip-tool/chip-tool onoff on <node-id> 1
./out/chip-tool/chip-tool onoff off <node-id> 1

# 属性の読み出し
./out/chip-tool/chip-tool onoff read on-off <node-id> 1

Matter Controller SDK（Python）

# PyChip を使った Matter デバイス制御（概略）
from chip import ChipDeviceCtrl

devCtrl = ChipDeviceCtrl.ChipDeviceController()

# ペアリング済みデバイスの属性読み出し
result = devCtrl.ReadAttribute(nodeId=1, attributes=[
    (1, Clusters.OnOff.Attributes.OnOff)
])
print(f"OnOff: {result[1][Clusters.OnOff][Clusters.OnOff.Attributes.OnOff]}")

# コマンド送信
devCtrl.SendCommand(nodeId=1, endpoint=1, payload=Clusters.OnOff.Commands.Toggle())

セキュリティ証明書（DAC）の管理

量産製品では、製造ライン上でデバイスごとに固有の DAC を書き込む必要がある。CSA 認定の PAA → PAI → DAC の証明書チェーンを適切に管理することが義務付けられる。Espressif など一部のチップベンダーは Matter の PKI 管理サービスを提供している。

他技術との比較

項目	Matter	ZigBee	Z-Wave	HomeKit（独自）
標準化団体	CSA	CSA	Silicon Labs	Apple
物理層	Wi-Fi / Thread / Ethernet	IEEE 802.15.4	908 MHz 帯	Wi-Fi / Thread
メーカー間互換性	完全対応（設計目標）	部分対応	対応	Apple 製品が必須
プロトコル基盤	IP（IPv6）	独自（非 IP）	独自（非 IP）	IP
セキュリティ	強固（証明書ベース）	中程度	強固	強固
Thread 対応	対応	非対応	非対応	対応（HomeKit Thread）
開発者の敷居	中（SDK が充実）	低〜中	中	高（Apple 審査必要）

Matter は ZigBee や Z-Wave と比べてスマートフォンアプリとの統合が容易であり、Wi-Fi デバイスをシームレスに扱える。一方で、ZigBee の実績あるメッシュネットワークや低消費電力性能は、Matter + Thread の組み合わせで代替できるようになってきており、新規スマートホームデバイス開発での Matter 採用が加速している。

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