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设备基于 TCP 的 MQTT 接入

最近更新时间：2024-01-24 10:09:01

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本页目录：

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();
        }
    }
?
}
?
Nodejs 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。
?
中国站
http://www.vxiaotou.com