设备基于 TCP 的 MQTT 接入

最近更新时间:2024-09-30 11:39:21

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MQTT 协议说明

目前物联网通信支持 MQTT 标准协议接入(兼容3.1.1版本协议),具体的协议请参见 MQTT 3.1.1 协议文档。

和标准 MQTT 区别

1. 支持 MQTT 的 PUB、SUB、PING、PONG、CONNECT、DISCONNECT、UNSUB 等报文。
2. 支持 cleanSession。
3. 不支持 will、retain msg。
4. 不支持 QOS2。

MQTT 通道,安全等级

支持 TLSV1,TLSV1.1,TLSV1.2 版本的协议来建立安全连接,安全级别高。

TOPIC 规范

默认情况下创建产品后,该产品下的所有设备都拥有以下 topic 类的权限:
${productId}/${deviceName}/control订阅。
${productId}/${deviceName}/event发布。
${productId}/${deviceName}/data订阅和发布。
$shadow/operation/${productId}/${deviceName}发布。通过包体内部 type 来区分:update/get,分别对应设备影子文档的更新和拉取等操作。
$shadow/operation/result/${productId}/${deviceName}订阅。通过包体内部 type 来区分:update/get/delta,type 为 update/get 分别对应设备影子文档的更新和拉取等操作的结果;当用户通过 restAPI 修改设备影子文档后,服务端将通过该 topic 发布消息,其中 type 为 delta。
$ota/report/${productID}/${deviceName}发布。设备上报版本号及下载、升级进度到云端。
$ota/update/${productID}/${deviceName}订阅。设备接收云端的升级消息。

MQTT 接入

MQTT 协议支持通过设备证书和密钥签名两种方式接入物联网通信平台,您可根据自己的场景选择一种方式接入即可。接入参数如下所示:
接入认证方式
连接域名及端口
Connect 报文参数
证书认证
MQTT 服务器连接地址,广州域设备填入:${productId}.iotcloud.tencentdevices.com,这里 ${productId}为变量参数,用户需填入创建产品时自动生成的产品 ID。
例如,1A17RZR3XX.iotcloud.tencentdevices.com;端口:8883。

KeepAlive:保持连接的时间,取值范围为0 - 900s。若超过1.5倍 KeepAlive 时长物联网平台仍没收到客户端的数据,则平台将断开与客户端的连接。
ClientId:${productId}${deviceName},产品 ID 和设备名的组合字符串。
UserName:${productId}${deviceName};${sdkappid};${connid};${expiry},详情见下文中基于 MQTT 的签名认证接入指引 username 部分;
PassWord:密码(可赋任意值)。
密钥认证
MQTT 服务器连接地址与证书认证一致;端口:1883。
KeepAlive:保持连接的时间,取值范围为0-900s;
ClientId:${productId}${deviceName};
UserName:${productId}${deviceName};${sdkappid};${connid};${expiry},详情见下文中基于 MQTT 的签名认证接入指引 username 部分;
PassWord:密码,详情见下文中基于 MQTT 的签名认证接入指引 password 部分。
说明:
采用证书认证的设备接入时不会对填写的 PassWord 部分进行验证,证书认证时 PassWord 部分可填写任意值。

证书认证设备接入指引

物联网平台采用 TLS 加密方式来保障设备传输数据时的安全性。证书设备接入时,获取到证书设备的证书、密钥与 CA 证书文件之后,设置好 KeepAlive,ClientId,UserName,PassWord 等内容(采用腾讯云设备端 SDK 方式接入的设备无需设置,SDK 可根据设备信息自动生成)。设备向证书认证对应的 URL(连接域名及端口)上传认证文件,通过之后发送 MqttConnect 消息即可完成证书设备基于 TCP 的 MQTT 接入。

密钥认证设备接入指引

物联网平台支持 HMAC-SHA256,HMAC-SHA1 等方式基于设备密钥生成摘要签名。通过签名方式接入物联云平台的流程如下:
1. 登录 物联网通信控制台。您可在控制台创建产品、添加设备、并获取设备密钥。
2. 按照物联网通信约束生成 username 字段,username 字段格式如下:
username 字段的格式为:
${productId}${deviceName};${sdkappid};${connid};${expiry}
注意:${} 表示变量,并非特定的拼接符号。
其中各字段含义如下:
productId:产品 ID。
deviceName: 设备名称。
sdkappid:固定填12010126。
connid :一个随机字符串。
expiry :表示签名的有效期,格式为unix时间戳如1704363215。expiry应设置为一个远超设备真实生命周期的时间戳或由设备侧每次进行MQTT身份认证时获取当前系统时间再加上一个较大的整数即可。若expiry 的值小于服务器当前系统时间,MQTT身份认证将失败。
3. 用 base64 对设备密钥进行解码得到原始密钥 raw_key。
4. 用第3步生成的 raw_key,通过 HMAC-SHA1 或者 HMAC-SHA256 算法对 username 生成一串摘要,简称 Token。
5. 按照物联网通信约束生成 password 字段,password 字段格式为:
password 字段格式为:
${token};hmac 签名方法
其中 hmac 签名方法字段填写第三步用到的摘要算法,可选的值有 hmacsha256 和 hmacsha1。
作为对照,用户生成签名的 Python、Java、Nodejs、JavaScript 和 C 代码示例如下: Python 代码为:
#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-
import base64
import hashlib
import hmac
import random
import string
import time
import sys
# 生成指定长度的随机字符串
def RandomConnid(length):
return ''.join(random.choice(string.ascii_uppercase + string.digits) for _ in range(length))
# 生成接入物联网通信平台需要的各参数
def IotHmac(productID, devicename, devicePsk):
# 1. 生成 connid 为一个随机字符串,方便后台定位问题
connid = RandomConnid(5)
# 2. 生成过期时间,表示签名的过期时间,从纪元1970年1月1日 00:00:00 UTC 时间至今秒数的 UTF8 字符串
expiry = int(time.time()) + 60 * 60
# 3. 生成 MQTT 的 clientid 部分, 格式为 ${productid}${devicename}
clientid = "{}{}".format(productID, devicename)
# 4. 生成 MQTT 的 username 部分, 格式为 ${clientid};${sdkappid};${connid};${expiry}
username = "{};12010126;{};{}".format(clientid, connid, expiry)
# 5. 对 username 进行签名,生成token
secret_key = devicePsk.encode('utf-8') # convert to bytes
data_to_sign = username.encode('utf-8') # convert to bytes
secret_key = base64.b64decode(secret_key) # this is still bytes
token = hmac.new(secret_key, data_to_sign, digestmod=hashlib.sha256).hexdigest()
# 6. 根据物联网通信平台规则生成 password 字段
password = "{};{}".format(token, "hmacsha256")
return {
"clientid" : clientid,
"username" : username,
"password" : password
}
if __name__ == '__main__':
print(IotHmac(sys.argv[1], sys.argv[2], sys.argv[3]))

将上述代码保存到 IotHmac.py,执行下面的命令即可。这里 "YOUR_PRODUCTID"、 "YOUR_DEVICENAME" 和"YOUR_PSK" 是填写您实际创建设备的产品 ID、设备名称和设备密钥。
python3 IotHmac.py "YOUR_PRODUCTID" "YOUR_DEVICENAME" "YOUR_PSK"
Java 代码为:
package com.tencent.iot.hub.device.java.core.sign;

import org.junit.Test;

import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.util.*;

import static junit.framework.TestCase.fail;
import static org.junit.Assert.assertTrue;

public class SignForMqttTest {

@Test
public void testMqttSign() {
try {
System.out.println(SignForMqttTest("YourProductId","YourDeviceName","YourPsk"));
assertTrue(true);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
fail();
}
}

public static Map<String, String> SignForMqttTest(String productID, String devicename, String
devicePsk) throws Exception {
final Base64.Decoder decoder = Base64.getDecoder();
//1. 生成 connid 为一个随机字符串,方便后台定位问题
String connid = HMACSHA256.getConnectId(5);
//2. 生成过期时间,表示签名的过期时间,从纪元1970年1月1日 00:00:00 UTC 时间至今秒数的 UTF8 字符串
Long expiry = Calendar.getInstance().getTimeInMillis()/1000 + 600;
//3. 生成 MQTT 的 clientid 部分, 格式为 ${productid}${devicename}
String clientid = productID+devicename;
//4. 生成 MQTT 的 username 部分, 格式为 ${clientid};${sdkappid};${connid};${expiry}
String username = clientid+";"+"12010126;"+connid+";"+expiry;
//5. 对 username 进行签名,生成token、根据物联网通信平台规则生成 password 字段
String password = HMACSHA256.getSignature(username.getBytes(), decoder.decode(devicePsk)) + ";hmacsha256";
Map<String,String> map = new HashMap<>();
map.put("clientid",clientid);
map.put("username",username);
map.put("password",password);
return map;
}
public static class HMACSHA256 {
private static final String HMAC_SHA256 = "HmacSHA256";
/**
* 生成签名数据
*
* @param data 待加密的数据
* @param key 加密使用的key
* @return 生成16进制编码的字符串
*/
public static String getSignature(byte[] data, byte[] key) {
try {
SecretKeySpec signingKey = new SecretKeySpec(key, HMAC_SHA256);
Mac mac = Mac.getInstance(HMAC_SHA256);
mac.init(signingKey);
byte[] rawHmac = mac.doFinal(data);
return bytesToHexString(rawHmac);
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
/**
* byte[]数组转换为16进制的字符串
*
* @param bytes 要转换的字节数组
* @return 转换后的结果
*/
private static String bytesToHexString(byte[] bytes) {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
String hex = Integer.toHexString(0xFF & bytes[i]);
if (hex.length() == 1) {
sb.append('0');
}
sb.append(hex);
}
return sb.toString();
}


/**
* 获取连接ID(长度为5的数字字母随机字符串)
*/
public static String getConnectId(int length) {
StringBuffer connectId = new StringBuffer();
for (int i = 0; i < length; i++) {
int flag = (int) (Math.random() * Integer.MAX_VALUE) % 3;
int randNum = (int) (Math.random() * Integer.MAX_VALUE);
switch (flag) {
case 0:
connectId.append((char) (randNum % 26 + 'a'));
break;
case 1:
connectId.append((char) (randNum % 26 + 'A'));
break;
case 2:
connectId.append((char) (randNum % 10 + '0'));
break;
}
}

return connectId.toString();
}
}

}

Node.js 和 JavaScript 代码为:
// 下面为node引入方式,浏览器的话,使用对应的方式引入crypto-js库
const crypto = require('crypto-js')

// 产生随机数的函数
const randomString = (len) => {
  len = len || 32;
  var chars = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789';
  var maxPos = chars.length;
  var pwd = '';
  for (let i = 0; i < len; i++) {
    pwd += chars.charAt(Math.floor(Math.random() * maxPos));
  }
  return pwd;
}
// 需要产品id,设备名和设备密钥
const productId = 'YOUR_PRODUCTID';
const deviceName = 'YOUR_DEVICENAME';
const devicePsk = 'YOUR_PSK';

// 1. 生成 connid 为一个随机字符串,方便后台定位问题
const connid = randomString(5);
// 2. 生成过期时间,表示签名的过期时间,从纪元1970年1月1日 00:00:00 UTC 时间至今秒数的 UTF8 字符串
const expiry = Math.round(new Date().getTime() / 1000) + 3600 * 24;
// 3. 生成 MQTT 的 clientid 部分, 格式为 ${productid}${devicename}
const clientId = productId + deviceName;
// 4. 生成 MQTT 的 username 部分, 格式为 ${clientid};${sdkappid};${connid};${expiry}
const userName = `${clientId};12010126;${connid};${expiry}`;
//5. 对 username 进行签名,生成token、根据物联网通信平台规则生成 password 字段
const rawKey = crypto.enc.Base64.parse(devicePsk); // 对设备密钥进行base64解码
const token = crypto.HmacSHA256(userName, rawKey);
const password = token.toString(crypto.enc.Hex) + ";hmacsha256";
console.log(`userName:${userName}\\npassword:${password}`);

C 语言代码如下:
说明:
如果您想要了解更多关于 C 语言代码内容,详情请参见 工程下载
#include "limits.h"
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include "HAL_Platform.h"
#include "utils_base64.h"
#include "utils_hmac.h"

/* Max size of base64 encoded PSK = 64, after decode: 64/4*3 = 48*/
#define DECODE_PSK_LENGTH 48

/* MAX valid time when connect to MQTT server. 0: always valid */
/* Use this only if the device has accurate UTC time. Otherwise, set to 0 */
#define MAX_ACCESS_EXPIRE_TIMEOUT (0)

/* Max size of conn Id */
#define MAX_CONN_ID_LEN (6)

/* IoT C-SDK APPID */
#define QCLOUD_IOT_DEVICE_SDK_APPID "21****06"
#define QCLOUD_IOT_DEVICE_SDK_APPID_LEN (sizeof(QCLOUD_IOT_DEVICE_SDK_APPID) - 1)

static void HexDump(char *pData, uint16_t len)
{
int i;

for (i = 0; i < len; i++) {
HAL_Printf("0x%02.2x ", (unsigned char)pData[i]);
}
HAL_Printf("\\n");
}

static void get_next_conn_id(char *conn_id)
{
int i;
srand((unsigned)HAL_GetTimeMs());
for (i = 0; i < MAX_CONN_ID_LEN - 1; i++) {
int flag = rand() % 3;
switch (flag) {
case 0:
conn_id[i] = (rand() % 26) + 'a';
break;
case 1:
conn_id[i] = (rand() % 26) + 'A';
break;
case 2:
conn_id[i] = (rand() % 10) + '0';
break;
}
}

conn_id[MAX_CONN_ID_LEN - 1] = '\\0';
}

int main(int argc, char **argv)
{
char *product_id = NULL;
char *device_name = NULL;
char *device_secret = NULL;

char *username = NULL;
int username_len = 0;
char conn_id[MAX_CONN_ID_LEN];

char password[51] = {0};
char username_sign[41] = {0};

char psk_base64decode[DECODE_PSK_LENGTH];
size_t psk_base64decode_len = 0;

long cur_timestamp = 0;

if (argc != 4) {
HAL_Printf("please ./qcloud-mqtt-sign product_id device_name device_secret\\r\\n");
return -1;
}

product_id = argv[1];
device_name = argv[2];
device_secret = argv[3];

/* first device_secret base64 decode */
qcloud_iot_utils_base64decode((unsigned char *)psk_base64decode, DECODE_PSK_LENGTH, &psk_base64decode_len,
(unsigned char *)device_secret, strlen(device_secret));
HAL_Printf("device_secret base64 decode:");
HexDump(psk_base64decode, psk_base64decode_len);

/* second create mqtt username
* [productdevicename;appid;randomconnid;timestamp] */
cur_timestamp = HAL_Timer_current_sec() + MAX_ACCESS_EXPIRE_TIMEOUT / 1000;
if (cur_timestamp <= 0 || MAX_ACCESS_EXPIRE_TIMEOUT <= 0) {
cur_timestamp = LONG_MAX;
}

// 20 for timestampe length & delimiter
username_len = strlen(product_id) + strlen(device_name) + QCLOUD_IOT_DEVICE_SDK_APPID_LEN + MAX_CONN_ID_LEN + 20;
username = (char *)HAL_Malloc(username_len);
if (username == NULL) {
HAL_Printf("malloc username failed!\\r\\n");
return -1;
}

get_next_conn_id(conn_id);
HAL_Snprintf(username, username_len, "%s%s;%s;%s;%ld", product_id, device_name, QCLOUD_IOT_DEVICE_SDK_APPID,
conn_id, cur_timestamp);

/* third use psk_base64decode hamc_sha1 calc mqtt username sign crate mqtt
* password */
utils_hmac_sha1(username, strlen(username), username_sign, psk_base64decode, psk_base64decode_len);
HAL_Printf("username sign: %s\\r\\n", username_sign);
HAL_Snprintf(password, 51, "%s;hmacsha1", username_sign);

HAL_Printf("Client ID: %s%s\\r\\n", product_id, device_name);
HAL_Printf("username : %s\\r\\n", username);
HAL_Printf("password : %s\\r\\n", password);

HAL_Free(username);

return 0;
}

6. 最终将上面生成的参数填入对应的 MQTT connect 报文中。
7. 将 clientid 填入到 MQTT 协议的 clientid 字段。
8. 将 username 填入到 MQTT 的 username 字段。
9. 将 password 填入到 MQTT 的 password 字段,向密钥认证的域名与端口处发送 MqttConnect 信息即可接入到物联云通信平台。