手把手教你入门aiot（十二）

到目前为止，我们使用的都是一个公有的 Broker，对于学习和演示来说，应该是足够的。但是对于实际生产来说，我们需要有一个私有、可控的 Broker。

正如本课程开头所说，现在很多云服务商都提供了 MQTT Broker 服务，在这里我列举几个较大的：

阿里云的物联网套件
腾讯云的 IoT Hub
青云的 EMQ IoT Hub
百度天工

云服务商的 MQTT Broker 服务是一个很好的选择，接入和配置也很简单，你只需要阅读相应的产品文档，照着步骤一步一步来就可以了。

如果你因为某种原因无法使用公有云的服务，或者你需要可控性、定制性更强的 Broker，你也可以选择自行搭建 MQTT Broker。

这一课我们来学习如何自行搭建 MQTT Broker。本节课核心内容：

EMQTT
Client 身份验证
传输层安全

12.1 EMQTT

首先我想给大家推荐的 Broker 是 EMQTT，它是由国人开发和维护的一款开源 MQTT Broker。推荐它的理由是：

性能和可靠性，EMQTT 是用 Erlang 语言编写的，在电信行业工作的同学可能了解，电信行业里很多核心的应用系统都是用 Erlang 编写的；
纵向扩展能力，在 8 核 32G 的主机上，可以容纳超过 100 万 MQTT Client 接入；
横向扩展能力，支持多机组成集群；
基于插件的功能扩展，官方提供了很多插件来扩展功能和与其他业务系统集成，如果你熟悉 Erlang 语言，也可以自行通过插件的方式扩展；
项目由公司开发和维护，并提供商业服务。

实际上，上面提到的青云的 IoT Hub 就是基于 EMQTT 实现的，我自己在实际生产中也使用 EMQTT 多年了，对它的性能和稳定性是相当认可的。

12.1.1 安装和运行

这里我以 Mac 系统上的安装流程为例，来讲解如何安装和使用 EMQTT Broker。如果你没有使用 Mac 系统也不用担心，除了下载的二进制文件有区别以外，大部分使用方法在类 Unix 系统都是一样的。

安装 Erlang 运行环境

首先我们需要安装 Erlang 运行环境，在 Mac 上的安装方式是使用 Erlang 源代码编译：

下载 Erlang/OTP 21.0 源文件包 otp_src_21.0.tar.gz
解压缩 tar -xzf otp_src_21.0.tar.gz
cd otp_src_21.0.tar.gz
./configure
make
sudo make install

安装完毕以后在终端输入 erl，即可进入 Erlang 的交互 Shell。

12.1.1.2 安装 EMQTT

安装 EMQTT 非常简单，下载 Mac 上的二进制包 emqttd-macosx-v2.3.11.zip，之后解压缩：

unzip emqttd-macosx-v2.3.11.zip && cd emqttd

你可以通过 bin/emqttd start 来运行 EMQTT Broker。如果没有问题，你就会看到终端输出：

emqttd 2.3.11 is started successfully!

现在 EMQTT Broker 以守护进程的方式运行。

可以查看当前 Broker 状态：

bin/emqttd_ctl status

没有问题的话会输出：

node 'emq@127.0.0.1' is started

emqttd 2.3.11 is running

关闭 Broker：

bin/emqttd stop

默认情况下，EMQTT Broker 的 MQTT 端口是 1883，WebSocket 的端口是 8083。

12.2 Client 身份验证

在前面课程里，我们使用的 Public Broker 没有对 Client 的身份做任何检验，任何 Client 都可以接入。而在实际生产中，我们应该对接入 Client 的身份进行校验，只允许通过校验的 Client 接入。

EMQTT 以插件的方式提供了多种 Client 授权方式，这里我以 PostgresSQL 数据库授权插件（emqx-auth-pgsql）为例，讲解一下如何进行 Client 授权的设置。

PostgresSQL 授权插件的原理很简单。在 PostgresSQL 数据库中建一张用户表来存储用于校验身份的用户名和密码，Broker 使用 Client 在 CONNECT 数据包里指定的用户名和密码，在这张表里面进行匹配，如果匹配通过，则运行接入；否则断开连接，不允许接入。

继续之前请先安装 PostgresSQL。

emqx-auth-pgsql 的配置文件位于 etc/plugins/emqx-auth-pgsql.conf，以下是需要配置的几项：

auth.pgsql.server = 127.0.0.1:5432，PostgresSQL 的 IP 地址和端口，使用默认值；
auth.pgsql.username = mqtt，数据库用户名；
auth.pgsql.password = mqtt，数据库密码；
auth.pgsql.database = mqtt，数据库名称；
auth.pgsql.auth_query = select password from mqtt_user where username = '%u' limit 1，匹配时使用的查询 SQL，使用默认值；
auth.pgsql.password_hash = plain，mqtt_user 表 password 字段的加密方式，这里为了演示简单起见，设为 plain 不加密，可选的值还有 md5 | sha | sha256 | bcrypt。

然后用 # 注销掉 auth.pgsql.acl_query，这个是控制 Client 对某个主题的 Publish 和 Subscribe 的权限。我们暂时不用这个功能。

接下来我们在 PostgresSQL 中创建相应的数据库：

CREATE DATABASE mqtt
    WITH OWNER = mqtt
    ENCODING = 'UTF8'
    TABLESPACE = pg_default
    LC_COLLATE = 'C'
    LC_CTYPE = 'C'
    CONNECTION LIMIT = -1;

然后创建用户表，并插入一条数据：

CREATE TABLE mqtt_user
(
    id   SERIAL primary key,
    is_superuser boolean,
    username     character varying(100),
    password     character varying(100)
);

INSERT INTO mqtt_user(is_superuser， username, password) VALUES (false， 'testuser', '123456')

加载 emqx-auth-pgsql 插件：

bin/emqttd_ctl plugins load emq_auth_pgsql

不出意外的话，会得到这样的输出：

Start apps: [emq_auth_pgsql]

Plugin emq_auth_pgsql loaded successfully.

接下来我们来测试一下。

运行代码：

var mqtt = require('mqtt')

var client = mqtt.connect('mqtt://127.0.0.1:1883')

client.on('connect', function (connack) {
    console.log(`return code: ${connack.returnCode}, sessionPresent: ${connack.sessionPresent}`)
    client.end()
})

client.on("error", function (error) {
    console.log(`${error}`)
})

会得到以下输出：

Error: Connection refused: Bad username or password

然后在连接的时候我们把正确的用户名和密码加进去：

var mqtt = require('mqtt')

var client = mqtt.connect('mqtt://127.0.0.1:1883', {
    username: 'testuser',
    password: '123456'
})

client.on('connect', function (connack) {
    console.log(`return code: ${connack.returnCode}, sessionPresent: ${connack.sessionPresent}`)
    client.end()
})

那么 Client 可以正确地连接到 Broker，得到以下输入：

return code: 0, sessionPresent: false

这样我们就完成了 Client 的身份验证。

12.3 传输层安全

到目前为止，本课程中的 MQTT 代码都是使用明文来传输 MQTT 数据包，包括含有 username、password 的 CONNECT 数据包。在实际的生产环境中，这样显然是不安全的。

MQTT 支持传输层加密。通常我们在生产环境中，都需要使用 SSL 来传输 MQTT 数据包，使用传输层加密的 MQTT 被称为 MQTTS（类似于 HTTP 之于 HTTPS）。

我们使用的 Public Broker 支持 MQTTS，你只需要在连接时修改一下 Broker URL，将 “mqtt” 换成 “mqtts” 就可以了：

var client = mqtt.connect('mqtts://iot.eclipse.org'）

EMQTT 当然也是支持 MQTTS 的，你可以在 etc/certs 下配置你的 SSL 证书。EMQTT 也自带了一份自签署的证书，可以开箱即用地在 8883 端口使用 MQTTS。但是因为是自签署的证书，所以你需要关闭客户端的证书验证。

var client = mqtt.connect('mqtts://127.0.0.1:8883', {

    rejectUnauthorized: false
}）

12.4 小结

这一课里我们学习了如何搭建自己的 MQTT Broker，如何进行 Client 身份验证，以及如何使用 MQTTS 加强 Broker 的安全性。EMQTT 还提供了很多其他扩展功能，有兴趣的话可以查看 EMQTT 文档进一步了解。下一课我们来学习 MQTT 的最新版本，MQTT 5.0 的新特性。

Zàk

日拱一卒，功不唐捐