MQTT安全方案

工作

|FixHeader|OptHeader|Payload|

协议设计

// 协议命令
const (
        TransportCmd    = byte(0) // 传输命令
        HandShake1Cmd   = byte(1) // 一次握手
        HandShake2Cmd   = byte(2) // 二次握手
        HandShake3Cmd   = byte(3) // 三次握手
        LanTransportCmd = byte(4) // 局域网传输命令
)
// 加密算法枚举定义
const (
        None = 0 // 不加密
        RSA  = 1 // RSA加密
        AES  = 2 // AES加密
)
// FixHeader 固定头部
type FixHeader struct {
        Version       uint8  // 协议版本
        Cmd           uint8  // 协议命令
        PayloadLen    uint32 // Uvarint, 有效负载长度
}
// HandShake1Header 一次握手协议可选头部
type HandShake1Header struct {
        Enctype    uint8  // 身份认证加密方式
        Identifier string // 身份, 格式: Device/ID/MajorDomainID/SubDomainID/DeviceID 或 Device/Name/MajorDomainName/SubDomainName/DeviceID. 编码: 2字节length + content
}
// LanTransportHeader 局域网传输协议可选头部
type LanTransportHeader struct {
        Enctype uint8 // Payload加密方式
}
// Packet 报文
type Packet struct {
        FixHeader                 // 固定头部
        HandShake1Header          // HandShake1可选头部
        LanTransportHeader        // LanTransport可选头部
        Payload            []byte // 有效负载
}
// HandShake1Msg 一次握手消息
type HandShake1Msg struct {
        Enctype  uint8    // 传输报文中的数据加密方式
        RandStr1 [32]byte // 随机值1
}
// HandShake2Msg 二次握手消息
type HandShake2Msg struct {
        Token    [32]byte // 加密Token, 用于加密传输报文中的传输数据
        RandStr1 [32]byte // 随机值1
        RandStr2 [32]byte // 随机值2
}
// HandShake3Msg 三次握手消息
type HandShake3Msg struct {
        RandStr2 [32]byte // 随机值2
}

除了固定头部和可选头部，其余协议负载可能需要加密。

三次握手

以RSA加密为例

瞬断重连

之前提出的瞬断重连不再重新握手的方案都存在安全漏洞，故还是要求瞬断之后都要重新进行三次握手。

加密方案

• 传输层加密

传输层加密类似tls的方式，以Transfer报文将MQTT协议包装起来。

• 应用层加密

应用层加密只对PUBLISH报文的payload做加密

• 比较

新的协议设计

• 报文格式

|Header|Body|

• 头部格式

|Magic|Version|Cmd|

• 错误报文格式

|Cmd|ErrorNo|

• 一次握手报文格式

|Enctype|Identifier|PayloadLen|Payload|

• 二次握手报文格式

|RandStr1|PayloadLen|Payload|

• 三次握手报文格式

|RandStr2|

• 传输报文格式

|PayloadLen|Payload|

协议详细描述

// 协议命令
const (
        ErrorCmd      = byte(0) // 错误命令
        HandShake1Cmd = byte(1) // 一次握手
        HandShake2Cmd = byte(2) // 二次握手
        HandShake3Cmd = byte(3) // 三次握手
        TransportCmd  = byte(4) // 传输命令
)
// 加密算法枚举定义
const (
        None = 0 // 不加密
        RSA  = 1 // RSA加密
        AES  = 2 // AES加密
)
// Packet 报文
type Packet struct {
        Header     // 固定头部
        Error      // 错误报文
        HandShake1 // 一次握手报文
        HandShake2 // 二次握手报文
        HandShake3 // 三次握手报文
        Transport  // 传输报文
}
// Header 头部
type Header struct {
        Magic   [2]byte // magic
        Version uint8   // 协议版本
        Cmd     uint8   // 协议命令
}
// Error 错误报文
type Error struct {
        Cmd     uint8 // 引起错误的协议命令
        ErrorNo uint8 // 错误码
}
// HandShake1 一次握手报文
type HandShake1 struct {
        Enctype    uint8  // 身份认证加密方式
        Identifier string // 身份, 格式: Device/ID/MajorDomainID/SubDomainID/DeviceID
        PayloadLen uint32 // Uvarint, payload长度
        Payload    []byte // 有效负载
}
// HandShake1Payload 一次握手报文Payload中的数据格式
type HandShake1Payload struct {
        Enctype  uint8    // 传输报文中的数据加密方式，只能是对称加密算法或不加密
        RandStr1 [32]byte // 随机值1
}
// HandShake2 二次握手报文
type HandShake2 struct {
        RandStr1   [32]byte // 随机值1
        PayloadLen uint32   // Uvarint, payload长度
        Payload    []byte   // 有效负载
}
// HandShake2Payload 二次握手报文Payload中的数据格式
type HandShake2Payload struct {
        Token    [32]byte // 加密Token, 用于加密传输报文中的传输数据
        RandStr2 [32]byte // 随机值2
}
// HandShake3 三次握手
type HandShake3 struct {
        RandStr2 [32]byte // 随机值2
}
// Transport 传输报文
type Transport struct {
        PayloadLen uint32 // Uvarint, payload长度
        Payload    []byte // 有效负载
}