EMQ X 认证鉴权(二)- EMQ X 中 MQTT 连接认证核心概念与配置要点

前言

安全保护几乎对于所有的项目都是一个挑战,对于物联网项目更是如,自普及应用以来物联网业内已经发生过多起安全事故。

作为物联网通信协议事实标准,MQTT 协议保持着较高的安全性,提供了多层次的安全设计:

  • 传输层:MQTT 基于 TCP/IP 协议,可以在传输层上使用 SSL/TLS 进行加密传输:
    • 使用 SSL/TLS 加密通信数据,防止中间人攻击;
    • 使用客户端证书作为设备身份凭证,验证设备合法性。
  • 应用层:使用 MQTT 自身的安全特性进行防护:
    • MQTT 协议支持用户名和密码实现客户端的身份校验;
    • MQTT Broker 实现了 Topic 的读写权限控制(Topic ACL)。

EMQ X MQTT Broker 完整支持 MQTT 协议 各项安全规范,内置的安全功能无需编程开箱即用,可以快速排除项目中的安全隐患。EMQ X 认证鉴权系列将围绕各个层次的安全规范,介绍如何通过配置 EMQ X 启用相关功能最终实现相应的安全防护。

本文将围绕 EMQ X 中 MQTT 连接认证相关的核心概念,介绍 EMQ X 支持的认证方式及其适用场景,并从工作机制和配置原则上阐述 EMQ X 认证相关的认证链、认证流程/原理以及相关的配置要点等信息,让你快速掌握 EMQ X 认证配置方式。

认证方式

EMQ X 支持使用内置数据源(文件、内置数据库)、JWT、外部主流数据库和自定义 HTTP API 作为身份认证数据源。

连接数据源、进行认证是插件实现的,每个插件对应一种认证方式,使用前需要启用相应的插件。

客户端连接时插件通过检查其 username/clientid 和 password 是否与指定数据源的信息一致来实现对客户端的身份认证。

EMQ X 支持的认证方式:

内置数据源

  • 用户名认证
  • Cliend ID 认证

使用配置文件与 EMQ X 内置数据库提供认证数据源,通过 HTTP API 进行管理,足够简单轻量。

外部数据库

  • LDAP 认证
  • MySQL 认证
  • PostgreSQL 认证
  • Redis 认证
  • MongoDB 认证

外部数据库可以存储大量数据,同时方便与外部设备管理系统集成。

其他

  • HTTP 认证
  • JWT 认证

JWT 认证可以批量签发认证信息,HTTP 认证能够实现复杂的认证鉴权逻辑。

更改插件配置后需要重启插件才能生效,部分认证鉴权插件包含 ACL 功能。

认证结果

任何一种认证方式最终都会返回一个结果:

  • 认证成功:经过比对客户端认证成功
  • 认证失败:经过比对客户端认证失败,数据源中密码与当前密码不一致
  • 忽略认证(ignore):当前认证方式中未查找到认证数据,无法显式判断结果是成功还是失败,交由认证链下一认证方式或匿名认证来判断

匿名认证

EMQ X 默认配置中启用了匿名认证,任何客户端都能接入 EMQ X。没有启用认证插件或认证插件没有显式允许/拒绝(ignore)连接请求时,EMQ X 将根据匿名认证启用情况决定是否允许客户端连接。

配置匿名认证开关:

# etc/emqx.conf

## Value: true | false
allow_anonymous = true

生产环境中请禁用匿名认证。

密码加盐规则与哈希方法

EMQ X 多数认证插件中可以启用哈希方法,数据源中仅保存密码密文,保证数据安全。

启用哈希方法时,用户可以为每个客户端都指定一个 salt(盐)并配置加盐规则,数据库中存储的密码是按照加盐规则与哈希方法处理后的密文。

以 MySQL 认证为例:

加盐规则与哈希方法配置:

# etc/plugins/emqx_auth_mysql.conf

## 不加盐,仅做哈希处理
auth.mysql.password_hash = sha256

## salt 前缀:使用 sha256 加密 salt + 密码 拼接的字符串
auth.mysql.password_hash = salt,sha256

## salt 后缀:使用 sha256 加密 密码 + salt 拼接的字符串
auth.mysql.password_hash = sha256,salt

## pbkdf2 with macfun iterations dklen
## macfun: md4, md5, ripemd160, sha, sha224, sha256, sha384, sha512
## auth.mysql.password_hash = pbkdf2,sha256,1000,20

如何生成认证信息

  1. 为每个客户端分用户名、Client ID、密码以及 salt(盐)等信息
  2. 使用与 MySQL 认证相同加盐规则与哈希方法处理客户端信息得到密文
  3. 将客户端信息写入数据库,客户端的密码应当为密文信息

EMQ X 身份认证流程

  1. 根据配置的认证 SQL 结合客户端传入的信息,查询出密码(密文)和 salt(盐)等认证数据,没有查询结果时,认证将终止并返回 ignore 结果
  2. 根据配置的加盐规则与哈希方法计算得到密文,没有启用哈希方法则跳过此步
  3. 将数据库中存储的密文与当前客户端计算的到的密文进行比对,比对成功则认证通过,否则认证失败

以 PostgreSQL 认证为例,其功能逻辑如下图:

image202002171542542024409681.png

写入数据的加盐规则、哈希方法与对应插件的配置一致时认证才能正常进行。更改哈希方法会造成现有认证数据失效。

认证链

当同时启用多个认证方式时,EMQ X 将按照插件开启先后顺序进行链式认证:

  • 一旦认证成功,终止认证链并允许客户端接入

  • 一旦认证失败,终止认证链并禁止客户端接入

  • 直到最后一个认证方式仍未通过,根据匿名认证配置判定

    • 匿名认证开启时,允许客户端接入
    • 匿名认证关闭时,禁止客户端接入

guide_2.png

同时只启用一个认证插件可以提高客户端身份认证效率。

MQTT TLS 认证

MQTT TLS 的默认端口是 8883:

listener.ssl.external = 8883

配置证书和 CA:

listener.ssl.external.keyfile = etc/certs/key.pem
listener.ssl.external.certfile = etc/certs/cert.pem
listener.ssl.external.cacertfile = etc/certs/cacert.pem

注意,默认的 etc/certs 目录下面的 key.pemcert.pemcacert.pem 是 EMQ X Broker 生成的自签名证书,所以在使用支持 TLS 的客户端测试的时候,需要将上面的 CA 证书 etc/certs/cacert.pem 配置到客户端。

服务端支持的 cipher 列表需要显式指定,默认的列表与 Mozilla 的服务端 cipher 列表一致:

listener.ssl.external.ciphers = ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384,ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384,ECDHE-ECDSA-AES256-SHA384,ECDHE-RSA-AES256-SHA384,ECDHE-ECDSA-DES-CBC3-SHA,ECDH-ECDSA-AES256-GCM-SHA384,ECDH-RSA-AES256-GCM-SHA384,ECDH-ECDSA-AES256-SHA384,ECDH-RSA-AES256-SHA384,DHE-DSS-AES256-GCM-SHA384,DHE-DSS-AES256-SHA256,AES256-GCM-SHA384,AES256-SHA256,ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256,ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256,ECDHE-ECDSA-AES128-SHA256,ECDHE-RSA-AES128-SHA256,ECDH-ECDSA-AES128-GCM-SHA256,ECDH-RSA-AES128-GCM-SHA256,ECDH-ECDSA-AES128-SHA256,ECDH-RSA-AES128-SHA256,DHE-DSS-AES128-GCM-SHA256,DHE-DSS-AES128-SHA256,AES128-GCM-SHA256,AES128-SHA256,ECDHE-ECDSA-AES256-SHA,ECDHE-RSA-AES256-SHA,DHE-DSS-AES256-SHA,ECDH-ECDSA-AES256-SHA,ECDH-RSA-AES256-SHA,AES256-SHA,ECDHE-ECDSA-AES128-SHA,ECDHE-RSA-AES128-SHA,DHE-DSS-AES128-SHA,ECDH-ECDSA-AES128-SHA,ECDH-RSA-AES128-SHA,AES128-SHA

PSK 认证

如果希望使用 PSK 认证,需要将 TLS 认证 中的 listener.ssl.external.ciphers 注释掉,然后配置 listener.ssl.external.psk_ciphers

#listener.ssl.external.ciphers = ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384,...
listener.ssl.external.psk_ciphers = PSK-AES128-CBC-SHA,PSK-AES256-CBC-SHA,PSK-3DES-EDE-CBC-SHA,PSK-RC4-SHA

然后启用 emqx_psk_file 插件:

$ emqx_ctl plugins load emqx_psk_file

PSK 的配置文件为 etc/psk.txt,使用冒号: 分隔 PSK ID 和 PSK:

client1:1234
client2:abcd

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