はじめに

3分で読める記事です。

IoTデバイスのセキュリティの勉強してます。
その一環でIoTネットワークに使われているプロトコルの勉強してみました。

４行で説明

・アプリケーション層プロトコル

・省電力/軽量(IoTデバイスに向いてる)

・Publish/Subscribe型

・ちゃんとパスワード設定しよう！！！

もうちょっと詳しく

IoTデバイスによく使われるデータ伝送プロトコルの代表です。
昔はHTTPが主流だったのですが、IoTデバイスの小型化・増加に伴いこっちが使われるようになりました。
(他にも、MQTTを高機能化したAMQPや産業向けのCoAPとかもあります。)

HTTPとMQTTの比較

HTTPとMQTTの比較をおおまかに表にしてみます。

短いヘッダ長によって、HTTP通信の10分の1程度の消費電力を実現しています。[1]
(状況によって大幅に変わります)
そのヘッダ長は驚きの2バイトです。（後で詳しくみます）
また、Publish/Subscribe型というネットワーク構成によって一対多・双方向・非同期通信を実現してます（これも後で詳しくみます）

Publish/Subscribe型って？

Publisher(データを送るデバイス)、Broker(データを中継するサーバ)、Subscriber(データを受け取るデバイス)の3つから構成されるネットワークです。
Brokerさんがデータを中継してくれるお陰で、Subscriberはすぐにデータを受け取らなくていいし(非同期通信)、色んなデバイスが同じ情報を受け取ることができます(1対多の通信)。また、PublisherとSubscriberの関係は入れ替わることもできます(双方向通信)。

もう少し正確に

0.SubscriberはBrokerと接続を確立し、受け取るtopicを指定する
1.Publisherが配信したいデータをtopic名をつけてBrokerに送信する
2.Brokerは受け取ったデータのtopicを確認して、そのtopicを指定しているSubscriberに送信する
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

ヘッダの中身

(参考[2])

2バイトって逆に何が入ってるねんって感じなんですけど、基本的に上の3つです。

メッセージタイプ

Connect、Subscribeなどメッセージの形式の指定

固有フラグ

メッセージタイプがPublishの時以外あまり関係ないです。
Publishのときは、以下のようにフラグが設定されます。

bit3	bit2	bit1	bit0
DUP	QoS	QoS	RETAIN

DUP：パケットが重複しているか否かのフラグ。何らかの要因でパケットを再配信するときはDUPフラグが1になる
QoS：送信の品質を3段階で指定します。[3]
　QoS0：パケットを一度だけ送信する(到達保障なし)
　QoS1：パケットが到達したことを確認する(重複して到達する可能性あり)
　QoS2：パケットを正確に1度だけ送信する(到達の確認の確認を行う)
RETAIN：フラグが1になっているものでtopicごとに最新のものだけ、Brokerで保持されます。新たなSubscriberが登録されたとき、要求されたtopicごとに最新のものが自動的に送信されます。

残りの長さ

読んで字のごとく、固定ヘッダを除いたパケットの長さです。

MQTTの課題（セキュリティ面）

MQTTはTLSで暗号化することができるので、通信面で脆弱性は持っていません。(その分伝送効率悪くなるけど…)
ただし、Brokerサーバがパスワードがかけられずに放置されている例が非常に多いです。(『Shodan』というサイトで確認可能)
Brokerサーバは中継地点であるため、行き来するすべての情報が読めてしまいます。

パスワード設定しよう！！！

おわりに

読んでいただきありがとうございました。
おおまかにしか書きませんでしたので、間違っていましたら指摘いただけると嬉しいです。
正確な情報が知りたい方は参考文献[2]をご参照ください。

参考文献

[1]かもめエンジニアリング『MQTTとは』
[2]MQTT Version 3.1.1
[3]さきブログ『QoSとは？MQTTにおける通信の種類！』

MQTTってなんだ？