IoT時代を支えるプロトコル「MQTT」（後編）

システム環境の明後日を支える新技術（6）

　本連載では、さくらインターネット研究所が独自に調査研究を行った3～5年先に必要とされる新技術とその在り方についてご紹介いたします。「明日にでも、すぐ実用！」という技術ではなく、少し先の未来の技術について情報共有致しますので、タイトルを「明後日の～」としています。今回も前回の『IoT時代を支えるプロトコルMQTT（中編）』に続き、MQTT（MQ Telemetry Transport）の仕組みについて、詳しく見ていきましょう。

MQTTの暗号化通信

　前回、MQTTがPub/Sub（Publish/Subscribe）モデルのシステムで、メッセージ発行元とメッセージ購読者をブローカがトピックごとにつなぐことを解説しました。PublisherおよびSubscriberは異なるトピックであってもBrokerを共有することができるため、用途に応じてMQTTの仕組みを共有することができます（図1）。

　今回はより実践的な取り組みとしてMQTTの暗号化通信についてみていきましょう。

図1. MQTTのシステム基本理解

　図2はMQTTの暗号化通信を図示したものです。Publisher, Broker, SubscriberがそれぞれTLS（Transport Layer Security）により通信経路が保護されます（※MQTT標準仕様ではUsename/Password認証も備わっていますが、今回の検証では割愛します）。

図2. MQTTの暗号通信

　それではPublisherおよびSubscriberがMQTT Brokerと暗号化通信によって接続するためのプログラムについて見ていきましょう。今回もMQTTのオープンな検証環境としてtest.mosquitto.orgを利用します。TLSによる暗号化通信を行うため、あらかじめtest.mosquitto.orgのWebサイトから証明書をC:\testにダウンロードしておきましょう（図3）。

図3. test.mosquitto.orgから証明書をダウンロードする

　続いて、MQTT Pythonライブラリを使ったClient/Publisher接続のプログラム例（暗号化通信）を見てみましょう（図4）。プログラムの中では、client.tls_set("mosquitto.org.crt") で証明書を使ったMQTT暗号化通信を指定した上で、client.connect("test.mosquitto.org", 8883)によってMQTT Brokerへ接続します。このオープン検証環境では、8883番と8884番ポートがSSL/TLS暗号化をサポートしています。

図4. MQTT Pythonライブラリを使ったClient/Publisher接続のプログラム例（暗号化通信）

C:\test> notepad pub-mqtt-tls.py    ※Windowsのメモ帳を使ってプログラム作成
# coding=utf8
import paho.mqtt.client as mqtt
import time

def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    print("Connected with result code "+str(rc))

def on_message(client, userdata, msg):
    print(msg.topic+" "+str(msg.payload))

client = mqtt.Client()
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message
client.tls_set("mosquitto.org.crt")
client.connect("test.mosquitto.org", 8883)

while client.loop() == 0:
    msg = "test message from Publisher "+time.ctime()
    client.publish("test", msg, 0, True)
    print("message published")
    time.sleep(1.5)
    pass

　つづいて、MQTT Pythonライブラリを使ったClient/Subscriber接続のプログラム例（暗号化）を見てみましょう（図5）。

図5．MQTT Pythonライブラリを使ったClient/Subscriber接続のプログラム例（暗号化）

C:\test> notepad sub-mqtt-tls.py    ※Windowsのメモ帳を使ってプログラム作成
# coding=utf8
import paho.mqtt.client as mqtt

def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    print("Connected with result code "+str(rc))
    client.subscribe("test")

def on_message(client, userdata, msg):
    print(msg.topic+" "+str(msg.payload))

client = mqtt.Client()
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message
client.tls_set("mosquitto.org.crt")
client.connect("test.mosquitto.org", 8883)

client.loop_forever()

　MQTT Pythonライブラリを使ったClient/Publisher接続のプログラム例（暗号化通信）と同じく、client.tls_set("mosquitto.org.crt") で証明書を使ったMQTT暗号化通信を指定した上で、client.connect("test.mosquitto.org", 8883)によってMQTT Brokerへ接続します（図6）。

図6. MQTT Pythonライブラリを使ったClient/Publisher接続の実行例（暗号化通信）

C:\test> py pub-mqtt-tls.py
Connected with result code 0
message published
:

　なお、Wiresharkのパケットキャプチャが開始されてからプログラムを起動するように注意してください。