無(wú)論物聯(lián)網(wǎng)是如何配置的，都會(huì)有許多支持微控制器的設(shè)備分布在連接到基于云的數(shù)據(jù)中心的大面積區(qū)域。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，工程師需要一種小型、簡(jiǎn)單、穩(wěn)健且安全的連接協(xié)議。

迎接這一挑戰(zhàn)的主要候選人是 MQTT，或消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸。MQTT 是一個(gè)簡(jiǎn)單的協(xié)議，它允許嵌入式設(shè)備在云中發(fā)布/接收消息。與 HTTP 等協(xié)議相比，它的數(shù)據(jù)包開(kāi)銷最小，因此非常高效，適合低功耗環(huán)境。

MQTT 發(fā)布/訂閱系統(tǒng)由許多客戶端組成，這些客戶端連接到充當(dāng)代理的服務(wù)器?？蛻舳思仁?MQTT 數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者，也是消費(fèi)者。圖 1 展示了一個(gè)簡(jiǎn)單的 MQTT 發(fā)布/訂閱事務(wù)。MQTT 消息傳遞協(xié)議是圍繞幾個(gè)基本原則構(gòu)建的：

消息代理充當(dāng)多個(gè)訂閱者之間的中介。它是一個(gè)服務(wù)器和一個(gè)集中的系統(tǒng)，通過(guò)它傳遞客戶端數(shù)據(jù)。

發(fā)布和訂閱元素永遠(yuǎn)不需要連接。

訂閱者訂閱一個(gè)或多個(gè)主題。

一條發(fā)布的消息可以發(fā)送給有興趣接收有關(guān)某個(gè)主題的信息的許多訂閱者。

訂閱者可以接收來(lái)自多個(gè)發(fā)布者的消息。

訂閱者可以隨時(shí)取消訂閱主題。

【圖1 | 一個(gè)簡(jiǎn)單的發(fā)布和訂閱操作］

客戶端使用應(yīng)用程序定義的“主題”向代理發(fā)布自由格式的數(shù)據(jù)。代理將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嗛喸撝黝}的所有客戶端。使用通配符，單個(gè)訂閱可能會(huì)導(dǎo)致接收來(lái)自多個(gè)客戶端的數(shù)據(jù)。類似地，來(lái)自單個(gè)發(fā)布操作的數(shù)據(jù)可能會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)給許多客戶端。

用戶手機(jī)上的應(yīng)用程序請(qǐng)求汽車鎖定主題“Message_Car001”的車門。

經(jīng)紀(jì)人收到請(qǐng)求。

Car001 通過(guò)訂閱接收消息。

汽車鎖門并發(fā)送確認(rèn)信息。

應(yīng)用程序收到確認(rèn)。

消息負(fù)載包含鎖定門的指令?？梢酝ㄟ^(guò)相同的發(fā)布/訂閱系統(tǒng)發(fā)送一系列其他指令。

【圖2 | 這是如何使用 MQTT 監(jiān)視和控制汽車鎖定系統(tǒng)。］

MQTT 提供了三個(gè)服務(wù)質(zhì)量 （QoS） 級(jí)別，代表了通信開(kāi)銷和消息到達(dá)保證之間的權(quán)衡。0 級(jí)是“即發(fā)即棄”，不保證會(huì)收到消息。級(jí)別 1 將保證消息將至少到達(dá)一次，但可能不止一次。級(jí)別 2 將確保消息只收到一次。選擇支持所有三個(gè)級(jí)別的 MQTT 實(shí)現(xiàn)將使開(kāi)發(fā)人員能夠靈活地針對(duì)他們的數(shù)據(jù)需求進(jìn)行優(yōu)化。

MQTT 不保證安全連接，但與傳輸層安全性 （TLS） 一起使用時(shí)可以形成安全的通信機(jī)制。TLS 處理安全連接：服務(wù)器和客戶端使用密鑰交換相互驗(yàn)證，并協(xié)商一個(gè)雙方都可以接受的數(shù)據(jù)交換加密套件。MQTT 3.1 版允許在數(shù)據(jù)包中使用用戶名和密碼，以允許客戶端向代理進(jìn)行身份驗(yàn)證。

安全策略中一個(gè)經(jīng)常被忽視的弱點(diǎn)是 MQTT 消息傳遞軟件本身的質(zhì)量。最近發(fā)生的一連串備受矚目的安全漏洞不是因?yàn)?a target="_blank">算法被黑，而是因?yàn)樵创a質(zhì)量差。諸如 Heartbleed 之類的事件表明，質(zhì)量差的代碼可以提供漏洞，黑客可以利用這些漏洞獲取訪問(wèn)權(quán)限。由于這些原因，選擇一個(gè)使用并能夠證明質(zhì)量軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程證據(jù)的供應(yīng)商是有利的。HCC Embedded 實(shí)施了 MQTT 協(xié)議，該協(xié)議在其受信任的符合 MISRA 的 TCP/IP 堆棧上運(yùn)行，并提供生命周期證據(jù)來(lái)驗(yàn)證其質(zhì)量聲明。

MQTT 代表一種小型、通用的通信協(xié)議，當(dāng)與 TLS 等安全機(jī)制一起使用時(shí)，可以為無(wú)數(shù)小型設(shè)備提供高效、可靠和安全的連接。但是，并非所有 MQTT 實(shí)現(xiàn)都是相同的。應(yīng)用程序必須建立在高質(zhì)量、可靠的軟件平臺(tái)上，以確保安全性和可靠性。

審核編輯：郭婷