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作为基于现代密码学公钥算法的安全协议,TLS/SSL 能在计算机通讯网络上保证传输安全,EMQX 内置对 TLS/SSL 的支持,包括支持单/双向认证、X.509 证书、负载均衡 SSL 等多种安全认证。你可以为 EMQX 支持的所有协议启用 SSL/TLS,也可以将 EMQX 提供的 HTTP API 配置为使用 TLS。
强认证。 用 TLS 建立连接的时候,通讯双方可以互相检查对方的身份。在实践中,很常见的一种身份检查方式是检查对方持有的 X.509 数字证书。这样的数字证书通常是由一个受信机构颁发的,不可伪造。
保证机密性。TLS 通讯的每次会话都会由会话密钥加密,会话密钥由通讯双方协商产生。任何第三方都无法知晓通讯内容。即使一次会话的密钥泄露,并不影响其他会话的安全性。
完整性。 加密通讯中的数据很难被篡改而不被发现。
TLS/SSL 协议下的通讯过程分为两部分,第一部分是握手协议。握手协议的目的是鉴别对方身份并建立一个安全的通讯通道。握手完成之后双方会协商出接下来使用的密码套件和会话密钥;第二部分是 record 协议,record 和其他数据传输协议非常类似,会携带内容类型,版本,长度和荷载等信息,不同的是它所携带的信息是加密了的。
下面的图片描述了 TLS/SSL 握手协议的过程,从客户端的 "hello" 一直到服务器的 "finished" 完成握手。有兴趣的同学可以找更详细的资料看。对这个过程不了解也并不影响我们在 EMQX 中启用这个功能。
双向认证是指,在进行通信认证时要求服务端和客户端都需要证书,双方都要进行身份认证,以确保通信中涉及的双方都是受信任的。 双方彼此共享其公共证书,然后基于该证书执行验证、确认。一些对安全性要求较高的应用场景,就需要开启双向 SSL/TLS 认证。
在双向认证中,一般都使用自签名证书的方式来生成服务端和客户端证书,因此本文就以自签名证书为例。
通常来说,我们需要数字证书来保证 TLS 通讯的强认证。数字证书的使用本身是一个三方协议,除了通讯双方,还有一个颁发证书的受信第三方,有时候这个受信第三方就是一个 CA。和 CA 的通讯,一般是以预先发行证书的方式进行的。也就是在开始 TLS 通讯的时候,我们需要至少有 2 个证书,一个 CA 的,一个 EMQX 的,EMQX 的证书由 CA 颁发,并用 CA 的证书验证。
在这里,我们假设您的系统已经安装了 OpenSSL。使用 OpenSSL 附带的工具集就可以生成我们需要的证书了。
首先,我们需要一个自签名的 CA 证书。生成这个证书需要有一个私钥为它签名,可以执行以下命令来生成私钥:
openssl genrsa -out ca.key 2048
这个命令将生成一个密钥长度为 2048 的密钥并保存在 ca.key
中。有了这个密钥,就可以用它来生成 EMQX 的根证书了:
openssl req -x509 -new -nodes -key ca.key -sha256 -days 3650 -out ca.pem
根证书是整个信任链的起点,如果一个证书的每一级签发者向上一直到根证书都是可信的,那个我们就可以认为这个证书也是可信的。有了这个根证书,我们就可以用它来给其他实体签发实体证书了。
实体(在这里指的是 EMQX)也需要一个自己的私钥对来保证它对自己证书的控制权。生成这个密钥的过程和上面类似:
openssl genrsa -out emqx.key 2048
新建 openssl.cnf
文件,
req_distinguished_name :根据情况进行修改,
alt_names: BROKER_ADDRESS
修改为 EMQX 服务器实际的 IP 或 DNS 地址,例如:IP.1 = 127.0.0.1,或 DNS.1 = broker.xxx.com
注意:IP 和 DNS 二者保留其一即可,如果已购买域名,只需保留 DNS 并修改为你所使用的域名地址
[req]default_bits = 2048 distinguished_name = req_distinguished_name req_extensions = req_ext x509_extensions = v3_req prompt = no [req_distinguished_name] countryName = CN stateOrProvinceName = Zhejiang localityName = Hangzhou organizationName = EMQX commonName = CA [req_ext] subjectAltName = @alt_names [v3_req] subjectAltName = @alt_names [alt_names] IP.1 = BROKER_ADDRESS DNS.1 = BROKER_ADDRESS
然后以这个密钥和配置签发一个证书请求:
openssl req -new -key ./emqx.key -config openssl.cnf -out emqx.csr
然后以根证书来签发 EMQX 的实体证书:
openssl x509 -req -in ./emqx.csr -CA ca.pem -CAkey ca.key -CAcreateserial -out emqx.pem -days 3650 -sha256 -extensions v3_req -extfile openssl.cnf
双向连接认证还需要创建客户端证书,首先需要创建客户端密钥:
openssl genrsa -out client.key 2048
使用生成的客户端密钥来创建一个客户端请求文件:
openssl req -new -key client.key -out client.csr -subj "/C=CN/ST=Zhejiang/L=Hangzhou/O=EMQX/CN=client"
最后使用先前生成好的服务端 CA 证书来给客户端签名,生成一个客户端证书:
openssl x509 -req -days 3650 -in client.csr -CA ca.pem -CAkey ca.key -CAcreateserial -out client.pem
准备好服务端和客户端证书后,我们就可以在 EMQX 中启用 TLS/SSL 双向认证功能。
在 EMQX 中 mqtt:ssl
的默认监听端口为 8883。
将前文中通过 OpenSSL 工具生成的 emqx.pem
、emqx.key
及 ca.pem
文件拷贝到 EMQX 的 etc/certs/
目录下,并参考如下配置修改 emqx.conf
:
- ## listener.ssl.$name is the IP address and port that the MQTT/SSL
- ## Value: IP:Port | Port
- listener.ssl.external = 8883
-
- ## Path to the file containing the user's private PEM-encoded key.
- ## Value: File
- listener.ssl.external.keyfile = etc/certs/emqx.key
-
- ## 注意:如果 emqx.pem 是证书链,请确保第一个证书是服务器的证书,而不是 CA 证书。
- ## Path to a file containing the user certificate.
- ## Value: File
- listener.ssl.external.certfile = etc/certs/emqx.pem
-
- ## 注意:ca.pem 用于保存服务器的中间 CA 证书和根 CA 证书。可以附加其他受信任的 CA,用来进行客户端证书验证。
- ## Path to the file containing PEM-encoded CA certificates. The CA certificates
- ## Value: File
- listener.ssl.external.cacertfile = etc/certs/ca.pem
-
- ## A server only does x509-path validation in mode verify_peer,
- ## as it then sends a certificate request to the client (this
- ## message is not sent if the verify option is verify_none).
- ##
- ## Value: verify_peer | verify_none
- listener.ssl.external.verify = verify_peer
-
- ## Used together with {verify, verify_peer} by an SSL server. If set to true,
- ## the server fails if the client does not have a certificate to send, that is,
- ## sends an empty certificate.
- ##
- ## Value: true | false
- listener.ssl.external.fail_if_no_peer_cert = true
添加以下依赖到项目 pom.xml 文件中。
-
- <dependency>
- <groupId>org.eclipse.paho</groupId>
- <artifactId>org.eclipse.paho.client.mqttv3</artifactId>
- <version>1.2.5</version>
- </dependency>
- <!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.bouncycastle/bcpkix-jdk15on -->
- <dependency>
- <groupId>org.bouncycastle</groupId>
- <artifactId>bcpkix-jdk15on</artifactId>
- <version>1.70</version>
- </dependency>
然后使用如下代码创建 SSLUtils.java
文件。
- import cn.hutool.core.io.FileUtil;
- import com.alibaba.cloud.commons.lang.StringUtils;
- import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
- import org.bouncycastle.openssl.PEMKeyPair;
- import org.bouncycastle.openssl.PEMParser;
- import org.bouncycastle.openssl.jcajce.JcaPEMKeyConverter;
- import org.springframework.core.io.ClassPathResource;
-
- import javax.net.ssl.KeyManagerFactory;
- import javax.net.ssl.SSLContext;
- import javax.net.ssl.SSLSocketFactory;
- import javax.net.ssl.TrustManagerFactory;
- import java.io.BufferedInputStream;
- import java.io.File;
- import java.io.FileReader;
- import java.security.KeyPair;
- import java.security.KeyStore;
- import java.security.Security;
- import java.security.cert.CertificateFactory;
- import java.security.cert.X509Certificate;
-
- /**
- * @author chenzhongchao
- * @program hierway-guacamole
- * @description
- * @packagename com.hierway.modbus.client
- * @date 2023-08-25 16:51
- **/
- public class SSLUtils {
- public static SSLSocketFactory getSocketFactory( String caCrtFile,
- String crtFile, String keyFile, String password)
- throws Exception {
- Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
- if (StringUtils.isEmpty(password)){
- password = "";
- }
- // load CA certificate
- X509Certificate caCert = null;
- String path = System.getProperty("user.dir");
- if (!FileUtil.exist(caCrtFile)){
- if (!FileUtil.exist(path+File.separator+caCrtFile)){
- ClassPathResource classPathResource = new ClassPathResource(caCrtFile);
- caCrtFile = classPathResource.getPath();
- }else{
- caCrtFile = path+File.separator+caCrtFile;
- }
- }
- BufferedInputStream bis = FileUtil.getInputStream(caCrtFile);
- CertificateFactory cf = CertificateFactory.getInstance("X.509");
-
- while (bis.available() > 0) {
- caCert = (X509Certificate) cf.generateCertificate(bis);
- }
-
- // load client certificate
- if (!FileUtil.exist(crtFile)){
- if (!FileUtil.exist(path+File.separator+crtFile)){
- ClassPathResource classPathResource = new ClassPathResource(crtFile);
- crtFile = classPathResource.getPath();
- }else{
- crtFile = path+File.separator+crtFile;
- }
- }
- bis = FileUtil.getInputStream(crtFile);
- X509Certificate cert = null;
- while (bis.available() > 0) {
- cert = (X509Certificate) cf.generateCertificate(bis);
- }
-
- // load client private key
- if (!FileUtil.exist(keyFile)){
- if (!FileUtil.exist(path+File.separator+keyFile)){
- ClassPathResource classPathResource = new ClassPathResource(keyFile);
- keyFile = classPathResource.getPath();
- }else{
- keyFile = path+File.separator+keyFile;
- }
- }
- PEMParser pemParser = new PEMParser(new FileReader(FileUtil.file(keyFile)));
- Object object = pemParser.readObject();
- JcaPEMKeyConverter converter = new JcaPEMKeyConverter().setProvider("BC");
- KeyPair key = converter.getKeyPair((PEMKeyPair) object);
- pemParser.close();
-
- // CA certificate is used to authenticate server
- KeyStore caKs = KeyStore.getInstance(KeyStore.getDefaultType());
- caKs.load(null, null);
- caKs.setCertificateEntry("ca-certificate", caCert);
- TrustManagerFactory tmf = TrustManagerFactory.getInstance("X509");
- tmf.init(caKs);
-
- // client key and certificates are sent to server so it can authenticate
- KeyStore ks = KeyStore.getInstance(KeyStore.getDefaultType());
- ks.load(null, null);
- ks.setCertificateEntry("certificate", cert);
- ks.setKeyEntry("private-key", key.getPrivate(), password.toCharArray(),
- new java.security.cert.Certificate[]{cert});
- KeyManagerFactory kmf = KeyManagerFactory.getInstance(KeyManagerFactory
- .getDefaultAlgorithm());
- kmf.init(ks, password.toCharArray());
-
- // finally, create SSL socket factory
- SSLContext context = SSLContext.getInstance("TLSv1.2");
- context.init(kmf.getKeyManagers(), tmf.getTrustManagers(), null);
-
- return context.getSocketFactory();
- }
-
- }
- MemoryPersistence persistence = new MemoryPersistence();
- try {
-
- //当未设置标识时随机一个
- if (StringUtils.isEmpty(clientId)) {
- clientId = UUID.randomUUID().toString().replace("-", "");
- }
- mqttAsyncClient = new MqttAsyncClient(serverURI, clientId, persistence);
- // MQTT 连接选项
- MqttConnectOptions connOpts = new MqttConnectOptions();
- //设置MQTT连接账号密码
- connOpts.setUserName(userName);
- if (!StringUtils.isEmpty(password)){
- connOpts.setPassword(password.toCharArray());
- }
-
- connOpts.setCleanSession(true);
- if (serverURI.indexOf("ssl")>=0){
- SSLSocketFactory socketFactory = SSLUtils.getSocketFactory(cacert, clientCert, clientKey, clientPassword);
- connOpts.setSocketFactory(socketFactory);
- // 忽略服务端证书验证 -- 单向认证
- connOpts.setHttpsHostnameVerificationEnabled(false);
- }
- connOpts.setAutomaticReconnect(true);
- // 设置心跳秒数
- connOpts.setKeepAliveInterval(60);
- // 设置回调
- mqttReconnectCallback =new MqttReconnectCallback();
- mqttAsyncClient.setCallback(mqttReconnectCallback);
- mqttAsyncClient.connect(connOpts);
- } catch (Exception e) {
-
- }
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