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1、背景由于项目有需求在一个现有的产品上增加MQTT通信的功能且出于安全考虑MQTT要走TLS采用单向认证的方式。2、方案选择由于是在现有的产品上新增功能那么为了减少总的成本故选择只动应用软件的来实现需求。MQTT的功能直接选择PahoMqtt这个第三方库来实现因为以前用过比较熟悉。由于只想动应用软件那么只能选择他的embedded-c分支这样才可以直接集成代码而不需要编译成so放到固件里同时也减少程序体积的增加。embedded-c分支不支持TLS那么就要想办法自己给embedded-c实现TLS的功能经过考虑现有的产品里有openssl库故使用openssl来给embedded-c添加TLS的支持。最终方案为paho.mqtt.embedded-c实现MQTT的连接、断开和收\发使用openssl来给embedded-c添加TLS的支持。3、实现代码step1先去github把源码下载下来GitHub - eclipse/paho.mqtt.embedded-c: Paho MQTT C client library for embedded systems. Paho is an Eclipse IoT project (https://iot.eclipse.org/)step2把对应的代码文件集成到项目里。这里只需要MQTTPacket/src目录下的所有代码、MQTTClient-C/src/linux目录下的所有代码、MQTTClient-C/src目录下的MQTTClient.h和MQTTClient.c这两个文件就行了。具体内容如下图到这一步paho.mqtt.embedded-c基本的就集成完了对应的调用例子可以参考MQTTClient/samples/linux/main.cpp和MQTTClient-C/samples/linux/stdoutsub.c这两个文件这里就不多赘述了。step3使用openssl给embedded-c增加TLS单向认证的支持1、修改MQTTLinux.h文件主要是修改点有两点1、struct Network的内容增加ssl的支持2、新增两条NetworkConnect函数一条用来走TCP一条用来走TLS。这里我选择保留最原始的NetworkConnect函数方便以后debug的时候对比用。/******************************************************************************* * Copyright (c) 2014 IBM Corp. * * All rights reserved. This program and the accompanying materials * are made available under the terms of the Eclipse Public License v1.0 * and Eclipse Distribution License v1.0 which accompany this distribution. * * The Eclipse Public License is available at * http://www.eclipse.org/legal/epl-v10.html * and the Eclipse Distribution License is available at * http://www.eclipse.org/org/documents/edl-v10.php. * * Contributors: * Allan Stockdill-Mander - initial API and implementation and/or initial documentation *******************************************************************************/ #if !defined(__MQTT_LINUX_) #define __MQTT_LINUX_ #if defined(WIN32_DLL) || defined(WIN64_DLL) #define DLLImport __declspec(dllimport) #define DLLExport __declspec(dllexport) #elif defined(LINUX_SO) #define DLLImport extern #define DLLExport __attribute__ ((visibility (default))) #else #define DLLImport #define DLLExport #endif #include sys/types.h #include sys/socket.h #include sys/param.h #include sys/time.h #include sys/select.h #include netinet/in.h #include netinet/tcp.h #include arpa/inet.h #include netdb.h #include stdio.h #include unistd.h #include errno.h #include fcntl.h #include stdlib.h #include string.h #include signal.h #include openssl/ssl.h #include openssl/err.h #include openssl/evp.h typedef struct Timer { struct timeval end_time; } Timer; void TimerInit(Timer*); char TimerIsExpired(Timer*); void TimerCountdownMS(Timer*, unsigned int); void TimerCountdown(Timer*, unsigned int); int TimerLeftMS(Timer*); typedef struct Network { /* socket的描述符 */ int my_socket; /* 读取MQTT消息的函数 */ int (*mqttread) (struct Network*, unsigned char*, int, int); /* 发送MQTT消息的函数 */ int (*mqttwrite) (struct Network*, unsigned char*, int, int); /* 使用SSL时的描述符 */ SSL *ssl; /* 是否使用SSL 0否 1是 */ int useSSL; } Network; int linux_read(Network*, unsigned char*, int, int); int linux_write(Network*, unsigned char*, int, int); /* 初始化Network这个结构体 */ DLLExport void NetworkInit(Network*); /* 连接Network普通socket */ DLLExport int NetworkConnect(Network*, char*, int); /* 连接Network带SSL的socket */ DLLExport int NetworkConnectBySSL(Network*, const char*, const char*, const char*); /* 连接Network不带SSL的socket */ DLLExport int NetworkConnectNotSSL(Network*, const char*, const char*); /* 断开Network的连接 */ DLLExport void NetworkDisconnect(Network*); /* 打印证书的内容 */ DLLExport void ShowCerts(SSL *); #endif2、修改MQTTLinux.c文件这里就把定义的那些给实现出来。用Network这个结构体存放是否需要走ssl的信息同时把SSL用的描述符也放在里面方便后续传递。调用不同的NetworkConnect的时候在Network里面存储不同的信息/******************************************************************************* * Copyright (c) 2014, 2017 IBM Corp. * * All rights reserved. This program and the accompanying materials * are made available under the terms of the Eclipse Public License v1.0 * and Eclipse Distribution License v1.0 which accompany this distribution. * * The Eclipse Public License is available at * http://www.eclipse.org/legal/epl-v10.html * and the Eclipse Distribution License is available at * http://www.eclipse.org/org/documents/edl-v10.php. * * Contributors: * Allan Stockdill-Mander - initial API and implementation and/or initial documentation * Ian Craggs - return codes from linux_read *******************************************************************************/ #include MQTTLinux.h void TimerInit(Timer* timer) { timer-end_time (struct timeval){0, 0}; } char TimerIsExpired(Timer* timer) { struct timeval now, res; gettimeofday(now, NULL); timersub(timer-end_time, now, res); return res.tv_sec 0 || (res.tv_sec 0 res.tv_usec 0); } void TimerCountdownMS(Timer* timer, unsigned int timeout) { struct timeval now; gettimeofday(now, NULL); struct timeval interval {timeout / 1000, (timeout % 1000) * 1000}; timeradd(now, interval, timer-end_time); } void TimerCountdown(Timer* timer, unsigned int timeout) { struct timeval now; gettimeofday(now, NULL); struct timeval interval {timeout, 0}; timeradd(now, interval, timer-end_time); } int TimerLeftMS(Timer* timer) { struct timeval now, res; gettimeofday(now, NULL); timersub(timer-end_time, now, res); //printf(left %d ms\n, (res.tv_sec 0) ? 0 : res.tv_sec * 1000 res.tv_usec / 1000); return (res.tv_sec 0) ? 0 : res.tv_sec * 1000 res.tv_usec / 1000; } /** * 从MQTT读数据 * * param n : Network对象的指针 * param buffer 存放数据的指针 * param len 指针长度 * param timeout_ms : 超时时间 * return 读出的长度 */ int linux_read(Network* n, unsigned char* buffer, int len, int timeout_ms) { struct timeval interval {timeout_ms / 1000, (timeout_ms % 1000) * 1000}; if (interval.tv_sec 0 || (interval.tv_sec 0 interval.tv_usec 0)) { interval.tv_sec 0; interval.tv_usec 100; } setsockopt(n-my_socket, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char *)interval, sizeof(struct timeval)); setsockopt(n-ssl, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char *)interval, sizeof(struct timeval)); int bytes 0; while (bytes len) { int rc -1; /* 是不是使用SSL决定了从哪个描述符读数据 */ if(n-useSSL1){ rc SSL_read(n-ssl, bufferbytes, (len - bytes)); }else{ rc read(n-my_socket, bufferbytes, (len - bytes)); } if (rc -1) { if (errno ! EAGAIN errno ! EWOULDBLOCK) bytes -1; break; } else if (rc 0) { bytes 0; break; } else bytes rc; } return bytes; } /** * 写数据到mqtt * * param n : Network对象的指针 * param buffer 存放数据的指针 * param len 数据长度 * param timeout_ms : 超时时间 * return 写出的长度 */ int linux_write(Network* n, unsigned char* buffer, int len, int timeout_ms) { struct timeval tv; tv.tv_sec 0; /* 30 Secs Timeout */ tv.tv_usec timeout_ms * 1000; // Not initing this can cause strange errors setsockopt(n-my_socket, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, (char *)tv,sizeof(struct timeval)); int rc -1; /* 是不是使用SSL决定了从哪个描述符写数据 */ if(n-useSSL 1){ rc SSL_write(n-ssl, buffer, len); }else{ rc write(n-my_socket, buffer, len); } return rc; } /** * 初始化Network对象 * * param n : Network对象的指针 */ void NetworkInit(Network* n) { n-my_socket 0; n-mqttread linux_read; n-mqttwrite linux_write; n-useSSL 0; } /** * 原版的不带SSL的连接函数这里改动了一点就是给useSSL赋值了 * * param n : Network对象的指针 * param addr MQTT服务器的IP地址 * param port MQTT服务器的IP地址 * return 0成功 其他失败 */ int NetworkConnect(Network* n, char* addr, int port) { int type SOCK_STREAM; struct sockaddr_in address; int rc -1; sa_family_t family AF_INET; struct addrinfo *result NULL; struct addrinfo hints {0, AF_UNSPEC, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP, 0, NULL, NULL, NULL}; if ((rc getaddrinfo(addr, NULL, hints, result)) 0) { struct addrinfo* res result; /* prefer ip4 addresses */ while (res) { if (res-ai_family AF_INET) { result res; break; } res res-ai_next; } if (result-ai_family AF_INET) { address.sin_port htons(port); address.sin_family family AF_INET; address.sin_addr ((struct sockaddr_in*)(result-ai_addr))-sin_addr; } else rc -1; freeaddrinfo(result); } if (rc 0) { n-my_socket socket(family, type, 0); n-useSSL 0; if (n-my_socket ! -1){ rc connect(n-my_socket, (struct sockaddr*)address, sizeof(address)); } } return rc; } /** * 打印证书内容 * * param ssl SSL的描述符 */ void ShowCerts(SSL * ssl) { X509 *cert; char *line; cert SSL_get_peer_certificate(ssl); if (cert ! NULL) { printf(数字证书信息:\n); line X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(cert), 0, 0); printf(证书: %s\n, line); free(line); line X509_NAME_oneline(X509_get_issuer_name(cert), 0, 0); printf(颁发者: %s\n, line); free(line); X509_free(cert); } else { printf(无证书信息\n); } } /** * 连接Network带SSL的socket * * param n : Network对象的指针 * param addr MQTT服务器的IP地址 * param port MQTT服务器的IP地址 * param crtFilePath 证书路径 * return 0成功 其他失败 */ int NetworkConnectBySSL(Network* n, const char* addr, const char* port, const char* crtFilePath) { SSL_CTX* ssl_context; SSL *ssl; /*SSL初始化*/ SSL_library_init(); OpenSSL_add_all_algorithms(); SSL_load_error_strings(); /* 创建SSL的上下文 */ ssl_context SSL_CTX_new(TLSv1_2_client_method()); /*设置只验证服务器的证书*/ SSL_CTX_set_verify(ssl_context, SSL_VERIFY_PEER, NULL); /* 设置用来进行校验的证书 */ if (SSL_CTX_use_certificate_file(ssl_context, crtFilePath, SSL_FILETYPE_PEM) ! 1) { SSL_CTX_free(ssl_context); printf(Failed to load client certificate from %s, crtFilePath); } SSL_CTX_set_default_verify_paths(ssl_context); /* 创建Socket并连接到服务器 */ int socketFd -1; if ((socketFd socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) 0) { printf(create socket failed! %s, strerror(errno)); return -1; } /* 解析链接地址和消息 */ struct addrinfo hints {}; struct addrinfo* serverInfo; hints.ai_family AF_INET; hints.ai_socktype SOCK_STREAM; int result getaddrinfo(addr, port, hints, serverInfo); if (result ! 0) { printf(Failed to get addr info %s addr%s port%s, gai_strerror(result),addr,port); return -1; } /* 连接服务端socket */ if (connect(socketFd, serverInfo-ai_addr, serverInfo-ai_addrlen) ! 0) { printf(Connect socket failed! %s, strerror(errno)); return -1; } /* 让socket走SSL */ ssl SSL_new(ssl_context); SSL_set_fd(ssl, socketFd); if (SSL_connect(ssl) -1) { ERR_print_errors_fp(stderr); return -1; } else { printf(Connected with %s encryption\n, SSL_get_cipher(ssl)); /* 打印一下证书的内容 */ ShowCerts(ssl); /* 检查一下证书 */ /* 把对应的描述符什么的存起来 */ n-my_socket socketFd; n-ssl ssl; n-useSSL 1; } return 0; } /** * 连接Network不带SSL的socket * * param n : Network对象的指针 * param addr MQTT服务器的IP地址 * param port MQTT服务器的IP地址 * return 0成功 其他失败 */ int NetworkConnectNotSSL(Network* n, const char* addr, const char* port) { n-useSSL 0; /* 创建Socket并连接到服务器 */ int socketFd -1; if ((socketFd socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) 0) { printf(create socket failed! %s, strerror(errno)); return -1; } /* 解析链接地址和消息 */ struct addrinfo hints {}; struct addrinfo* serverInfo; hints.ai_family AF_INET; hints.ai_socktype SOCK_STREAM; int result getaddrinfo(addr, port, hints, serverInfo); if (result ! 0) { printf(Failed to get addr info %s addr%s port%s, gai_strerror(result),addr,port); return -1; } /* 连接服务端socket */ if (connect(socketFd, serverInfo-ai_addr, serverInfo-ai_addrlen) ! 0) { printf(Connect socket failed! %s, strerror(errno)); return -1; }else{ n-my_socket socketFd; return 0; } } /** * 断开连接 * * param n : Network对象的指针 */ void NetworkDisconnect(Network* n) { close(n-my_socket); if(n-useSSL 1){ SSL_shutdown(n-ssl); } }到这里我们就已经给embedded-c添加完TLS的支持并使用的是单向校验step4发起MQTT连接连接这里就直接贴调用代码好了/** * 连接MQTT * * return 0成功 其他失败 */ int connectMqtt() { /* MQTT的发送缓冲区和接收缓冲区 */ uint8_t *sendbuf; uint8_t *recvbuf; /* MQTT的发送缓冲区和接收缓冲区的大小 */ const int MAX_SENDBUF_SIZE 1024 * 30; const int MAX_RECVBUF_SIZE 1024 * 30; /* MQTT的收发超时时间单位ms */ const int MAX_MQTT_TIMEOUT_TIME 1000; /* 定义实现网络操作的工具 */ Network mqttNetworkUtil; /* MQTT客户端操作类 */ MQTTClient mqttClient; int rc -1; /* 初始化一下网络操作工具 */ NetworkInit(mqttNetworkUtil); /* 使用SSL的方式连接MQTT服务器的Socket */ NetworkConnectBySSL(mqttNetworkUtil, G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().host.c_str(), std::to_string(G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().port).c_str(), G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().crtFilePath.c_str()); /* 初始化MQTT客户端 */ MQTTClientInit(mqttClient, mqttNetworkUtil, MAX_MQTT_TIMEOUT_TIME, sendbuf, MAX_SENDBUF_SIZE, recvbuf, MAX_RECVBUF_SIZE); /* 设置一下接收MQTT消息的回调函数当MQTT收到消息后会自动回调 */ mqttClient.defaultMessageHandler defaultMessageHandler; /* 设置一下MQTT的一些连接参数 */ MQTTPacket_connectData data MQTTPacket_connectData_initializer; data.willFlag 1; // 启用遗嘱 data.will.topicName.cstring G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().willTopic.c_str(); // 设置遗嘱的topic名 data.will.qos QOS2; // 遗嘱的QOS data.will.message.cstring G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().clientId.c_str(); // 遗嘱的内容这里使用clientId作为遗嘱的内容 data.MQTTVersion 3; data.clientID.cstring G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().clientId.c_str(); data.username.cstring G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().userName.c_str(); data.password.cstring G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().password.c_str(); data.keepAliveInterval 60; data.cleansession 1; printf(Connecting to %s %d\n, G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().host.c_str(), G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().port); /* 发起MQTT的连接消息前面只是socket这个里发送MQTT协议中的连接消息这里成功了才算MQTT连接成功 */ rc MQTTConnect(mqttClient, data); printf(MQTTConnect %d, Connect aliyun IoT Cloud Success!\n, rc); /* 如果连接成功就订阅一下用来接收消息的订阅字 */ if (rc 0) { printf(Subscribing to %s\n, G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().subTopic.c_str()); rc MQTTSubscribe(mqttClient, G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().subTopic.c_str(), QOS2, defaultMessageHandler); printf(MQTTSubscribe %d\n, rc); } return rc; } /** * 接收到MQTT消息的时候的回调函数 * * param md MQTT消息的封装 */ void messageArrived(MessageData *md) { MQTTMessage *message md-message; callback-onGetDataFromMQTT(curMqttClientType, md-topicName-lenstring.data, md-topicName-lenstring.len, (char *) message-payload, (int) message-payloadlen); // printf(messageArrived %.*s\t, md-topicName-lenstring.len, md-topicName-lenstring.data); // printf(messageArrived %.*s\n, (int) message-payloadlen, (char *) message-payload); } /** * 发布消息 * * param mqttClient MQTT客户端的对象 * param msg 封装好的消息 * * return 0成功 其他:失败 */ int publishMessage(MQTTClient mqttClient,MQTTMessage msg) { return MQTTPublish(mqttClient, G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().pubTopic.c_str(), msg); }到这里连接也做完了直接调用connectMqtt()就可以连接到MQTT了需要发送调用publishMessage就可以发送了。如果MQTT那边有订阅的消息过来那么会自动回messageArrived。这里涉及到一个结构体MQTTMessage这里简单放下它怎么封装的MQTTMessage msg { QOS2,//服务质量等级 0, //消息是否被保留。如果设置为1则该消息将被代理服务器保留这样任何新订阅该主题的客户端都可以立即接收到它。为0的话就算只有现在已经订阅了的能收到 0, //是否重复的消息。当设置为1时它表示这是一个重复的消息。为0则为新消息 0, //消息ID理论上每条都应该唯一这里直接0好了 strData.c_str(), //负载数据就是这条消息实际的内容 strData.size(), //负载数据的长度 };4、其他1、如果想使用非TLS的MQTT连接直接把connectMqtt()里面的NetworkConnectBySSL()改成NetworkConnectNotSSL()就好了2、如果想使用TLS但是不校验任何证书那么就修改MQTTLinux.c里面的NetworkConnectBySSL()中SSL_CTX_set_verify的第二个参数就好了把SSL_VERIFY_PEER改成SSL_VERIFY_NONE。这样就即走TLS但是又不验证服务器的证书。3、如果想使用双向认证作为客户端我们这边什么都不用变因为我们已经开启了认证服务器的证书服务器那边需要开启认证客户端的证书就行了。4、connectMqtt()里面填写的clientId和username和password也很重要因为MQTT服务器可以开启用户认证模式这样lientId和username和password有一个错误的话都会导致无法连接到服务器。 使用paho.mqtt.embedded-c和openssl实现MQTT的单向认证功能
1、背景由于项目有需求在一个现有的产品上增加MQTT通信的功能且出于安全考虑MQTT要走TLS采用单向认证的方式。2、方案选择由于是在现有的产品上新增功能那么为了减少总的成本故选择只动应用软件的来实现需求。MQTT的功能直接选择PahoMqtt这个第三方库来实现因为以前用过比较熟悉。由于只想动应用软件那么只能选择他的embedded-c分支这样才可以直接集成代码而不需要编译成so放到固件里同时也减少程序体积的增加。embedded-c分支不支持TLS那么就要想办法自己给embedded-c实现TLS的功能经过考虑现有的产品里有openssl库故使用openssl来给embedded-c添加TLS的支持。最终方案为paho.mqtt.embedded-c实现MQTT的连接、断开和收\发使用openssl来给embedded-c添加TLS的支持。3、实现代码step1先去github把源码下载下来GitHub - eclipse/paho.mqtt.embedded-c: Paho MQTT C client library for embedded systems. Paho is an Eclipse IoT project (https://iot.eclipse.org/)step2把对应的代码文件集成到项目里。这里只需要MQTTPacket/src目录下的所有代码、MQTTClient-C/src/linux目录下的所有代码、MQTTClient-C/src目录下的MQTTClient.h和MQTTClient.c这两个文件就行了。具体内容如下图到这一步paho.mqtt.embedded-c基本的就集成完了对应的调用例子可以参考MQTTClient/samples/linux/main.cpp和MQTTClient-C/samples/linux/stdoutsub.c这两个文件这里就不多赘述了。step3使用openssl给embedded-c增加TLS单向认证的支持1、修改MQTTLinux.h文件主要是修改点有两点1、struct Network的内容增加ssl的支持2、新增两条NetworkConnect函数一条用来走TCP一条用来走TLS。这里我选择保留最原始的NetworkConnect函数方便以后debug的时候对比用。/******************************************************************************* * Copyright (c) 2014 IBM Corp. * * All rights reserved. This program and the accompanying materials * are made available under the terms of the Eclipse Public License v1.0 * and Eclipse Distribution License v1.0 which accompany this distribution. * * The Eclipse Public License is available at * http://www.eclipse.org/legal/epl-v10.html * and the Eclipse Distribution License is available at * http://www.eclipse.org/org/documents/edl-v10.php. * * Contributors: * Allan Stockdill-Mander - initial API and implementation and/or initial documentation *******************************************************************************/ #if !defined(__MQTT_LINUX_) #define __MQTT_LINUX_ #if defined(WIN32_DLL) || defined(WIN64_DLL) #define DLLImport __declspec(dllimport) #define DLLExport __declspec(dllexport) #elif defined(LINUX_SO) #define DLLImport extern #define DLLExport __attribute__ ((visibility (default))) #else #define DLLImport #define DLLExport #endif #include sys/types.h #include sys/socket.h #include sys/param.h #include sys/time.h #include sys/select.h #include netinet/in.h #include netinet/tcp.h #include arpa/inet.h #include netdb.h #include stdio.h #include unistd.h #include errno.h #include fcntl.h #include stdlib.h #include string.h #include signal.h #include openssl/ssl.h #include openssl/err.h #include openssl/evp.h typedef struct Timer { struct timeval end_time; } Timer; void TimerInit(Timer*); char TimerIsExpired(Timer*); void TimerCountdownMS(Timer*, unsigned int); void TimerCountdown(Timer*, unsigned int); int TimerLeftMS(Timer*); typedef struct Network { /* socket的描述符 */ int my_socket; /* 读取MQTT消息的函数 */ int (*mqttread) (struct Network*, unsigned char*, int, int); /* 发送MQTT消息的函数 */ int (*mqttwrite) (struct Network*, unsigned char*, int, int); /* 使用SSL时的描述符 */ SSL *ssl; /* 是否使用SSL 0否 1是 */ int useSSL; } Network; int linux_read(Network*, unsigned char*, int, int); int linux_write(Network*, unsigned char*, int, int); /* 初始化Network这个结构体 */ DLLExport void NetworkInit(Network*); /* 连接Network普通socket */ DLLExport int NetworkConnect(Network*, char*, int); /* 连接Network带SSL的socket */ DLLExport int NetworkConnectBySSL(Network*, const char*, const char*, const char*); /* 连接Network不带SSL的socket */ DLLExport int NetworkConnectNotSSL(Network*, const char*, const char*); /* 断开Network的连接 */ DLLExport void NetworkDisconnect(Network*); /* 打印证书的内容 */ DLLExport void ShowCerts(SSL *); #endif2、修改MQTTLinux.c文件这里就把定义的那些给实现出来。用Network这个结构体存放是否需要走ssl的信息同时把SSL用的描述符也放在里面方便后续传递。调用不同的NetworkConnect的时候在Network里面存储不同的信息/******************************************************************************* * Copyright (c) 2014, 2017 IBM Corp. * * All rights reserved. This program and the accompanying materials * are made available under the terms of the Eclipse Public License v1.0 * and Eclipse Distribution License v1.0 which accompany this distribution. * * The Eclipse Public License is available at * http://www.eclipse.org/legal/epl-v10.html * and the Eclipse Distribution License is available at * http://www.eclipse.org/org/documents/edl-v10.php. * * Contributors: * Allan Stockdill-Mander - initial API and implementation and/or initial documentation * Ian Craggs - return codes from linux_read *******************************************************************************/ #include MQTTLinux.h void TimerInit(Timer* timer) { timer-end_time (struct timeval){0, 0}; } char TimerIsExpired(Timer* timer) { struct timeval now, res; gettimeofday(now, NULL); timersub(timer-end_time, now, res); return res.tv_sec 0 || (res.tv_sec 0 res.tv_usec 0); } void TimerCountdownMS(Timer* timer, unsigned int timeout) { struct timeval now; gettimeofday(now, NULL); struct timeval interval {timeout / 1000, (timeout % 1000) * 1000}; timeradd(now, interval, timer-end_time); } void TimerCountdown(Timer* timer, unsigned int timeout) { struct timeval now; gettimeofday(now, NULL); struct timeval interval {timeout, 0}; timeradd(now, interval, timer-end_time); } int TimerLeftMS(Timer* timer) { struct timeval now, res; gettimeofday(now, NULL); timersub(timer-end_time, now, res); //printf(left %d ms\n, (res.tv_sec 0) ? 0 : res.tv_sec * 1000 res.tv_usec / 1000); return (res.tv_sec 0) ? 0 : res.tv_sec * 1000 res.tv_usec / 1000; } /** * 从MQTT读数据 * * param n : Network对象的指针 * param buffer 存放数据的指针 * param len 指针长度 * param timeout_ms : 超时时间 * return 读出的长度 */ int linux_read(Network* n, unsigned char* buffer, int len, int timeout_ms) { struct timeval interval {timeout_ms / 1000, (timeout_ms % 1000) * 1000}; if (interval.tv_sec 0 || (interval.tv_sec 0 interval.tv_usec 0)) { interval.tv_sec 0; interval.tv_usec 100; } setsockopt(n-my_socket, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char *)interval, sizeof(struct timeval)); setsockopt(n-ssl, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char *)interval, sizeof(struct timeval)); int bytes 0; while (bytes len) { int rc -1; /* 是不是使用SSL决定了从哪个描述符读数据 */ if(n-useSSL1){ rc SSL_read(n-ssl, bufferbytes, (len - bytes)); }else{ rc read(n-my_socket, bufferbytes, (len - bytes)); } if (rc -1) { if (errno ! EAGAIN errno ! EWOULDBLOCK) bytes -1; break; } else if (rc 0) { bytes 0; break; } else bytes rc; } return bytes; } /** * 写数据到mqtt * * param n : Network对象的指针 * param buffer 存放数据的指针 * param len 数据长度 * param timeout_ms : 超时时间 * return 写出的长度 */ int linux_write(Network* n, unsigned char* buffer, int len, int timeout_ms) { struct timeval tv; tv.tv_sec 0; /* 30 Secs Timeout */ tv.tv_usec timeout_ms * 1000; // Not initing this can cause strange errors setsockopt(n-my_socket, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, (char *)tv,sizeof(struct timeval)); int rc -1; /* 是不是使用SSL决定了从哪个描述符写数据 */ if(n-useSSL 1){ rc SSL_write(n-ssl, buffer, len); }else{ rc write(n-my_socket, buffer, len); } return rc; } /** * 初始化Network对象 * * param n : Network对象的指针 */ void NetworkInit(Network* n) { n-my_socket 0; n-mqttread linux_read; n-mqttwrite linux_write; n-useSSL 0; } /** * 原版的不带SSL的连接函数这里改动了一点就是给useSSL赋值了 * * param n : Network对象的指针 * param addr MQTT服务器的IP地址 * param port MQTT服务器的IP地址 * return 0成功 其他失败 */ int NetworkConnect(Network* n, char* addr, int port) { int type SOCK_STREAM; struct sockaddr_in address; int rc -1; sa_family_t family AF_INET; struct addrinfo *result NULL; struct addrinfo hints {0, AF_UNSPEC, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP, 0, NULL, NULL, NULL}; if ((rc getaddrinfo(addr, NULL, hints, result)) 0) { struct addrinfo* res result; /* prefer ip4 addresses */ while (res) { if (res-ai_family AF_INET) { result res; break; } res res-ai_next; } if (result-ai_family AF_INET) { address.sin_port htons(port); address.sin_family family AF_INET; address.sin_addr ((struct sockaddr_in*)(result-ai_addr))-sin_addr; } else rc -1; freeaddrinfo(result); } if (rc 0) { n-my_socket socket(family, type, 0); n-useSSL 0; if (n-my_socket ! -1){ rc connect(n-my_socket, (struct sockaddr*)address, sizeof(address)); } } return rc; } /** * 打印证书内容 * * param ssl SSL的描述符 */ void ShowCerts(SSL * ssl) { X509 *cert; char *line; cert SSL_get_peer_certificate(ssl); if (cert ! NULL) { printf(数字证书信息:\n); line X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(cert), 0, 0); printf(证书: %s\n, line); free(line); line X509_NAME_oneline(X509_get_issuer_name(cert), 0, 0); printf(颁发者: %s\n, line); free(line); X509_free(cert); } else { printf(无证书信息\n); } } /** * 连接Network带SSL的socket * * param n : Network对象的指针 * param addr MQTT服务器的IP地址 * param port MQTT服务器的IP地址 * param crtFilePath 证书路径 * return 0成功 其他失败 */ int NetworkConnectBySSL(Network* n, const char* addr, const char* port, const char* crtFilePath) { SSL_CTX* ssl_context; SSL *ssl; /*SSL初始化*/ SSL_library_init(); OpenSSL_add_all_algorithms(); SSL_load_error_strings(); /* 创建SSL的上下文 */ ssl_context SSL_CTX_new(TLSv1_2_client_method()); /*设置只验证服务器的证书*/ SSL_CTX_set_verify(ssl_context, SSL_VERIFY_PEER, NULL); /* 设置用来进行校验的证书 */ if (SSL_CTX_use_certificate_file(ssl_context, crtFilePath, SSL_FILETYPE_PEM) ! 1) { SSL_CTX_free(ssl_context); printf(Failed to load client certificate from %s, crtFilePath); } SSL_CTX_set_default_verify_paths(ssl_context); /* 创建Socket并连接到服务器 */ int socketFd -1; if ((socketFd socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) 0) { printf(create socket failed! %s, strerror(errno)); return -1; } /* 解析链接地址和消息 */ struct addrinfo hints {}; struct addrinfo* serverInfo; hints.ai_family AF_INET; hints.ai_socktype SOCK_STREAM; int result getaddrinfo(addr, port, hints, serverInfo); if (result ! 0) { printf(Failed to get addr info %s addr%s port%s, gai_strerror(result),addr,port); return -1; } /* 连接服务端socket */ if (connect(socketFd, serverInfo-ai_addr, serverInfo-ai_addrlen) ! 0) { printf(Connect socket failed! %s, strerror(errno)); return -1; } /* 让socket走SSL */ ssl SSL_new(ssl_context); SSL_set_fd(ssl, socketFd); if (SSL_connect(ssl) -1) { ERR_print_errors_fp(stderr); return -1; } else { printf(Connected with %s encryption\n, SSL_get_cipher(ssl)); /* 打印一下证书的内容 */ ShowCerts(ssl); /* 检查一下证书 */ /* 把对应的描述符什么的存起来 */ n-my_socket socketFd; n-ssl ssl; n-useSSL 1; } return 0; } /** * 连接Network不带SSL的socket * * param n : Network对象的指针 * param addr MQTT服务器的IP地址 * param port MQTT服务器的IP地址 * return 0成功 其他失败 */ int NetworkConnectNotSSL(Network* n, const char* addr, const char* port) { n-useSSL 0; /* 创建Socket并连接到服务器 */ int socketFd -1; if ((socketFd socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) 0) { printf(create socket failed! %s, strerror(errno)); return -1; } /* 解析链接地址和消息 */ struct addrinfo hints {}; struct addrinfo* serverInfo; hints.ai_family AF_INET; hints.ai_socktype SOCK_STREAM; int result getaddrinfo(addr, port, hints, serverInfo); if (result ! 0) { printf(Failed to get addr info %s addr%s port%s, gai_strerror(result),addr,port); return -1; } /* 连接服务端socket */ if (connect(socketFd, serverInfo-ai_addr, serverInfo-ai_addrlen) ! 0) { printf(Connect socket failed! %s, strerror(errno)); return -1; }else{ n-my_socket socketFd; return 0; } } /** * 断开连接 * * param n : Network对象的指针 */ void NetworkDisconnect(Network* n) { close(n-my_socket); if(n-useSSL 1){ SSL_shutdown(n-ssl); } }到这里我们就已经给embedded-c添加完TLS的支持并使用的是单向校验step4发起MQTT连接连接这里就直接贴调用代码好了/** * 连接MQTT * * return 0成功 其他失败 */ int connectMqtt() { /* MQTT的发送缓冲区和接收缓冲区 */ uint8_t *sendbuf; uint8_t *recvbuf; /* MQTT的发送缓冲区和接收缓冲区的大小 */ const int MAX_SENDBUF_SIZE 1024 * 30; const int MAX_RECVBUF_SIZE 1024 * 30; /* MQTT的收发超时时间单位ms */ const int MAX_MQTT_TIMEOUT_TIME 1000; /* 定义实现网络操作的工具 */ Network mqttNetworkUtil; /* MQTT客户端操作类 */ MQTTClient mqttClient; int rc -1; /* 初始化一下网络操作工具 */ NetworkInit(mqttNetworkUtil); /* 使用SSL的方式连接MQTT服务器的Socket */ NetworkConnectBySSL(mqttNetworkUtil, G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().host.c_str(), std::to_string(G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().port).c_str(), G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().crtFilePath.c_str()); /* 初始化MQTT客户端 */ MQTTClientInit(mqttClient, mqttNetworkUtil, MAX_MQTT_TIMEOUT_TIME, sendbuf, MAX_SENDBUF_SIZE, recvbuf, MAX_RECVBUF_SIZE); /* 设置一下接收MQTT消息的回调函数当MQTT收到消息后会自动回调 */ mqttClient.defaultMessageHandler defaultMessageHandler; /* 设置一下MQTT的一些连接参数 */ MQTTPacket_connectData data MQTTPacket_connectData_initializer; data.willFlag 1; // 启用遗嘱 data.will.topicName.cstring G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().willTopic.c_str(); // 设置遗嘱的topic名 data.will.qos QOS2; // 遗嘱的QOS data.will.message.cstring G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().clientId.c_str(); // 遗嘱的内容这里使用clientId作为遗嘱的内容 data.MQTTVersion 3; data.clientID.cstring G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().clientId.c_str(); data.username.cstring G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().userName.c_str(); data.password.cstring G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().password.c_str(); data.keepAliveInterval 60; data.cleansession 1; printf(Connecting to %s %d\n, G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().host.c_str(), G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().port); /* 发起MQTT的连接消息前面只是socket这个里发送MQTT协议中的连接消息这里成功了才算MQTT连接成功 */ rc MQTTConnect(mqttClient, data); printf(MQTTConnect %d, Connect aliyun IoT Cloud Success!\n, rc); /* 如果连接成功就订阅一下用来接收消息的订阅字 */ if (rc 0) { printf(Subscribing to %s\n, G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().subTopic.c_str()); rc MQTTSubscribe(mqttClient, G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().subTopic.c_str(), QOS2, defaultMessageHandler); printf(MQTTSubscribe %d\n, rc); } return rc; } /** * 接收到MQTT消息的时候的回调函数 * * param md MQTT消息的封装 */ void messageArrived(MessageData *md) { MQTTMessage *message md-message; callback-onGetDataFromMQTT(curMqttClientType, md-topicName-lenstring.data, md-topicName-lenstring.len, (char *) message-payload, (int) message-payloadlen); // printf(messageArrived %.*s\t, md-topicName-lenstring.len, md-topicName-lenstring.data); // printf(messageArrived %.*s\n, (int) message-payloadlen, (char *) message-payload); } /** * 发布消息 * * param mqttClient MQTT客户端的对象 * param msg 封装好的消息 * * return 0成功 其他:失败 */ int publishMessage(MQTTClient mqttClient,MQTTMessage msg) { return MQTTPublish(mqttClient, G3_Configuration::getInstance().getNdsMqttConnectParams().pubTopic.c_str(), msg); }到这里连接也做完了直接调用connectMqtt()就可以连接到MQTT了需要发送调用publishMessage就可以发送了。如果MQTT那边有订阅的消息过来那么会自动回messageArrived。这里涉及到一个结构体MQTTMessage这里简单放下它怎么封装的MQTTMessage msg { QOS2,//服务质量等级 0, //消息是否被保留。如果设置为1则该消息将被代理服务器保留这样任何新订阅该主题的客户端都可以立即接收到它。为0的话就算只有现在已经订阅了的能收到 0, //是否重复的消息。当设置为1时它表示这是一个重复的消息。为0则为新消息 0, //消息ID理论上每条都应该唯一这里直接0好了 strData.c_str(), //负载数据就是这条消息实际的内容 strData.size(), //负载数据的长度 };4、其他1、如果想使用非TLS的MQTT连接直接把connectMqtt()里面的NetworkConnectBySSL()改成NetworkConnectNotSSL()就好了2、如果想使用TLS但是不校验任何证书那么就修改MQTTLinux.c里面的NetworkConnectBySSL()中SSL_CTX_set_verify的第二个参数就好了把SSL_VERIFY_PEER改成SSL_VERIFY_NONE。这样就即走TLS但是又不验证服务器的证书。3、如果想使用双向认证作为客户端我们这边什么都不用变因为我们已经开启了认证服务器的证书服务器那边需要开启认证客户端的证书就行了。4、connectMqtt()里面填写的clientId和username和password也很重要因为MQTT服务器可以开启用户认证模式这样lientId和username和password有一个错误的话都会导致无法连接到服务器。