EMQX MQTT 服务器启用 SSL/TLS 安全连接

IILee

2021-06-17

TLS SSL MQTT

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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，EMQ X 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 EMQ X 支持的所有协议启用 SSL/TLS，也可以将 EMQ X 提供的 HTTP API 配置为使用 TLS。本文将介绍如何在 EMQ X 中为 MQTT 启用 TLS。

SSL/TLS 带来的安全优势

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。

SSL/TLS 协议

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 EMQ X 中启用这个功能。

SSL/TLS 证书准备

通常来说，我们会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 EMQ X 的，EMQ X 的证书由 CA 颁发，并用 CA 的证书验证。

获得一个真正受外界信任的证书需要到证书服务提供商进行购买。在实验室环境，我们也可以用自己生成的证书来模拟这个过程。下面我们分别以这两种方式来说明 EMQ X 服务器的 SSL/TLS 启用过程。

注意：购买证书与自签名证书的配置，读者根据自身情况只需选择其中一种进行测试。

购买证书

如果有购买证书的话，就不需要自签名证书。

为方便 EMQ X 配置，请将购买的证书文件重命名为 emqx.crt，证书密钥重命名为 emqx.key。

自签名证书

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 my_root_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 my_root_ca.key 中。有了这个密钥，就可以用它来生成 EMQ X 的根证书了(有效期10年)：

openssl req -x509 -new -nodes -key my_root_ca.key -sha256 -days 3650 -out my_root_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 EMQ X）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 EMQ X 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

[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 = Server certificate
[req_ext]
subjectAltName = @alt_names
[v3_req]
subjectAltName = @alt_names
[alt_names]
IP.1 = BROKER_ADDRESS
DNS.1 = BROKER_ADDRESS

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。

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 EMQ X 的实体证书：

openssl x509 -req -in ./emqx.csr -CA my_root_ca.pem -CAkey my_root_ca.key -CAcreateserial -out emqx.pem -days 3650 -sha256 -extensions v3_req -extfile openssl.cnf

准备好证书后，我们就可以启用 EMQ X 的 TLS/SSL 功能了。

SSL/TLS 启用及验证

在 EMQ X 中 mqtt:ssl 的默认监听端口为 8883。

购买证书方式

EMQ X 配置

将前文重命名后的 emqx.key 文件及 emqx.crt 文件拷贝到 EMQ X 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

## Path to a file containing the user certificate.
## Value: File
listener.ssl.external.certfile = etc/certs/emqx.crt

MQTT 连接测试

当配置完成并重启 EMQ X 后，我们使用 MQTT 客户端工具 - MQTT X（该工具跨平台且支持 MQTT 5.0，来验证 TLS 服务是否正常运行。

MQTT X 版本要求：v1.3.2 及以上版本

参照下图在 MQTT X 中创建 MQTT 客户端（Host 输入框里的 mqttx.app 需替换为实际的域名）

注意：在 Certificate 一栏只需选择 CA signed server 即可，使用购买证书在进行单向认证连接时不需要携带任何证书文件（CA 文件也不需要携带）。

点击 Connect 按钮，连接成功后，如果能正常执行 MQTT 发布/订阅操作，则购买证书的 SSL 单向认证配置成功。

自签名证书方式

EMQ X 配置

将前文中通过 OpenSSL 工具生成的 emqx.pem、emqx.key 及 my_root_ca.pem 文件拷贝到 EMQ X 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

## Path to a file containing the user certificate.
## Value: File
listener.ssl.external.certfile = etc/certs/emqx.pem

## Path to the file containing PEM-encoded CA certificates. The CA certificates
## Value: File
listener.ssl.external.cacertfile = etc/certs/my_root_ca.pem

MQTT 连接测试

当配置完成并重启 EMQ X 后，我们使用 MQTT 客户端工具 - MQTT X（该工具跨平台且支持 MQTT 5.0，来验证 TLS 服务是否正常运行。

MQTT X 版本要求：v1.3.2 及以上版本

参照下图在 MQTT X 中创建 MQTT 客户端（Host 输入框里的 127.0.0.1 需替换为实际的 EMQ X 服务器 IP）

此时 Certificate 一栏需要选择 Self signed ，并携带自签名证书中生成的 my_root_ca.pem 文件。

点击 Connect 按钮，连接成功后，如果能正常执行 MQTT 发布/订阅操作，则自签名证书的 SSL 单向认证配置成功。

EMQ X Dashboard 验证

最后，打开 EMQ X 的 Dashboard 在 Listeners 页面可以看到在 8883 端口上有一个 mqtt:ssl 连接。

至此，我们成功的完成了 EMQ X 服务器的 SSL/TLS 配置及单向认证连接测试。

后记

感谢前辈的实践，原文地址