浙江大学电气学院系统系
2019.12.02
实验原理-MQTT协议
MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议）是一种构建于TCP/IP协议上，采用发布/订阅（publish/subscribe）模式的轻量级通信协议。MQTT协议支持一对一、一对多、多对一等方式的消息发布与即时通信。MQTT协议由三部分组成：发布者（publisher）、代理
（broker）以及订阅者（subscriber）。理论上，MQTT协议支持TLS加密传输，然而在默认情况下，MQTT协议还是采用明文传输消息。
发布代理订阅重放攻击
重放攻击（Replay Attacks）又称重播攻击、回放攻击，是指攻击者发送一个目的设备已接收过的包，来达到欺骗系统的目的，主要用于身份认证过程，破坏认证的正确性。重放攻击可以由发起者，也可以由拦截并重发该数据的攻击者进行。攻击者利用网络监听或者其他方式盗取认证凭据，之后再把它重新发给认证服务器。重放攻击在任何网络通过程中都可能发生，是物联网通信中常见的攻击方式之一。
实验设备
硬件：树莓派、LED模块、笔记本电脑或者台式机
软件：
Wireshark：下载地址（http://www.wireshark.org/download.html）Mosquitto
移动端MQTT调试助手：
安卓端：MQTT Clients（http://www.mdpda.com/app/apk7623192.html）IOS端：MQTTool（手机APP store上下载）
实验步骤
一、在树莓派中安装所需的MQTT库、mosquitto库；
1.2.3.
安装依赖库：
sudoapt-get install libssl-dev libc-ares-dev uuid-dev g++安装MQTT：
pip3 install paho-mqtt
安装mosquitto及其指令：
sudoapt-get install mosquitto mosquitto-clients
实验步骤
二、测试MQTT功能；
通过以下一个简单的测试例子使学习者更加深入了解MQTT协议的订阅/发布模式。该案例中以搭载LED模块的树莓派模拟智能灯泡，然后用台式机或笔记本模拟服务器。智能灯泡通过订阅“Light”主题以接收来自服务器的控制指令。“id”为灯泡编号，“value”代表灯泡状态，其中value值“0”为关灯，“1”为开灯。1.2.
在台式机或笔记本上启动mosquitto服务：mosquitto-v
树莓派作为客户端通过mosquitto_sub指令订阅“开关灯”主题。server_ip指的是客户端（树莓派）IP地址。-h的含义是指定MQTT代理服务器主机。mosquitto_sub-t Light-hserver_ip
台式机或笔记本通过mosquitto_pub指令发布“开关灯”主题中“开灯”的消息mosquitto_pub-t Light-h server_ip-m \"{\\\"value\\\":0 }“树莓派接收指令并显示
3.4.
实验步骤
三、基于MQTT协议实现树莓派引脚控制；
下面我们通过结合MQTT协议与Python-gpio的拓展库，实现基于MQTT协议的树莓派端口控制。1.
如步骤二中所述，在台式机或笔记本上启动mosquitto服务
2.3.4.
然在树莓派上运行python脚本gpio.py
最后通过在pc机中发布\"{\\\"pin\\\":num,\\\"value\\\":0/1}\"以控制灯泡开关，其中num表示想要控制的GPIO号，0/1控制GPIO输出低/高电平。
将杜邦线连接树莓派相应使用的GPIO口和地，在pc上发出指令后可以观察到LED模块的亮灭，同时树莓派上显示接受到的信息。
实验步骤
三、基于MQTT协议实现树莓派引脚控制；
通过MQTT控制LED亮灭
树莓派接收到信息
实验步骤
四、利用Wireshark网络抓取与分析MQTT数据包；
本实验将使用Wireshark数据包嗅探器（http://www.wireshark.org/）对局域网中传输的MQTT协议内容进行捕捉与分析。1.
安装Wireshark：可以前往http://www.wireshark.org/download.html上下载软件。
注：比较新的Wireshark不需要插件，自带MQTT协议，只需要在编辑-首选项-protools里设置mqtt的端口为1883（这里一般也是设置好了的）
运行Wireshark：在过滤器输入mqtt，就可以看到MQTT版本协议的流量内容。
2.
实验步骤
四、利用Wireshark网络抓取与分析MQTT数据包；
实验步骤
五、利用便携式MQTT软件实现对设备的定向控制；
这个步骤利用现有Android或IOS系统可下载的便携式MQTT调试工具，实现对树莓派设备的定向控制，包括重放与哄骗攻击等。IOS系统采用：
1.2.3.4.
安装MQTT调试工具：MQTTool；手机接入局域网；
伪装服务器：打开MQTTool，修改Host IP为（4）中窃听的真实服务器IP。设置完后点击链接；
伪造虚假控制指令：点击下方Publish，输入窃听来的Topic和控制指令实现对树莓派设备的重放攻击。
实验步骤
五、利用便携式MQTT软件实现对设备的重放攻击
这个步骤利用现有Android或IOS系统可下载的便携式MQTT调试工具，实现对树莓派设备的定向控制，包括重放与哄骗攻击等。Android系统采用：
1.2.3.4.
安卓请采用MQTT Clients,可在http://www.mdpda.com/app/apk7623192.html 下载手机接入局域网
伪装服务器：打开软件，点击右上角的三点后点Settings,将URL改为（4）中窃取到客户端(树莓派)ip地址并加上:8080，port填写1883
伪造虚假指令：点击右下方紫色按钮，输入窃听来的Topic和控制指令实现对树莓派设备的重放攻击。（注意这里的指令只用写{\"pin\":17,\"value\":0 }，而非
\"{\\\"pin\\\":17,\\\"value\\\":0 }\"）
实验步骤
五、利用便携式MQTT软件实现对设备的重放攻击
MQTTool界面MQTT Client界面
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