1. 術(shù)語

1. Soft-KM（Key Management）密鑰管理，由阿里提供的軟件安全沙箱，基于軟件加固和虛擬化技術(shù)提供對密鑰（IoT ID2）的安全保護。

2. OSA（Operation System Abstractor Layer）操作系統(tǒng)抽象層，定義內(nèi)存申請和釋放、日志打印、系統(tǒng)時間、網(wǎng)絡(luò)通信等接口，非遵循POSIX標準的OS，需重新適配這些接口。

3. HAL（Hardware Abstractor Layer）硬件抽象層，根據(jù)設(shè)備硬件特性，完成對加解密算法、設(shè)備唯一ID、密鑰管理和數(shù)據(jù)安全存儲的接口適配。

4. ID2 OTP（One-Time Provisioning）一次性燒錄，也稱ID2空發(fā)，指設(shè)備在第一次聯(lián)網(wǎng)時，通過網(wǎng)絡(luò)請求，下發(fā)ID2數(shù)據(jù)燒錄到設(shè)備中。

5. TLS（Transport Layer Security）安全傳輸層協(xié)議， 用于兩個通信實體之間，保護通信數(shù)據(jù)的私密性和完整性。

6. IoT（Internet of things）物聯(lián)網(wǎng)，基于互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)萬物互聯(lián)。

2. ID2產(chǎn)品架構(gòu)

1. ID2控制中心：

• ID2的Web控制臺，提供對ID2產(chǎn)線灌裝、ID2產(chǎn)品和配額申請、以及ID2使用統(tǒng)計的管理。

2. ID2服務(wù)中心：

• ID2在云端的應(yīng)用，提供ID2的各種安全能力，包括ID2密鑰安全分發(fā)、設(shè)備認證、基于ID2的安全連接協(xié)議等；同時，提供各種能力的云端接口，支持業(yè)務(wù)平臺的二次開發(fā)，支持不同的安全業(yè)務(wù)需求和場景。

3. ID2 Client SDK（ID2設(shè)備端SDK）：

• ID2在設(shè)備端的功能組件和軟件開發(fā)框架，可支持不同操作系統(tǒng)和不同硬件，為IoT設(shè)備提供基于ID2的端到端的設(shè)備認證、數(shù)據(jù)加解密等各種安全能力。

3. ID2接入流程

3.1 概述

• 客戶自建服務(wù)的方式，ID2通過云端和設(shè)備端接口的方式，提供基于ID2的設(shè)備認證和會話密鑰加密下發(fā)，應(yīng)用數(shù)據(jù)通過下發(fā)的會話密鑰進行加密傳輸。

• ID2對接步驟如下：

3.2 購買ID2授權(quán)：

1. 單機購買鏈接 - 購買ID2認證授權(quán)。

2. 選擇地域和可用區(qū)、規(guī)格、購買數(shù)量和有效期：

3.3 創(chuàng)建產(chǎn)品：

1. 登錄IoT安全產(chǎn)品控制臺控制臺，在左側(cè)導(dǎo)航欄，選擇入門 > IoT設(shè)備身份認證，單擊獨立使用卡片的開始接入按鈕。

2. 在配置產(chǎn)品頁面創(chuàng)建新產(chǎn)品&分配ID2授權(quán)，然后單擊下一步按鈕。

• 選擇產(chǎn)品：請選擇創(chuàng)建新產(chǎn)品，并輸入產(chǎn)品名稱。

• ID2有效期：請選擇1年、3年、或5年。

• 分配ID2授權(quán)數(shù)量：請輸入ID2授權(quán)數(shù)量，最小值為1，最大值為1000。

3. 在查看配置信息頁面，記錄下ProductKey、ProductSecret。

• ProductKey：設(shè)備所屬產(chǎn)品的ProductKey。

• ProductSecret：由IoT設(shè)備身份認證頒發(fā)的產(chǎn)品密鑰，與 ProductKey 成對出現(xiàn)。

3.4 選擇設(shè)備認證算法：

IoT設(shè)備身份認證支持國際算法（AES-128、AES-192、AES-256）和國密算法（SM1、SM2、SM4-128），能滿足企業(yè)不同安全等級的需求。

說明

國密算法SM1需要配合ID2安全芯片使用，SM2用于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)完整性校驗和加密。

創(chuàng)建的ID2產(chǎn)品默認選擇的設(shè)備認證算法是AES-128；如需選擇其他設(shè)備認證算法，請按如下步驟操作：

• 在查看配置信息頁面，單擊設(shè)備認證算法后的更換按鈕，查看支持的密鑰類型（如SM4-128），并確認。

• 在查看配置信息頁面，記錄下實例ID、ProductKey、ProductSecret。

• 實例ID：阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺的實例標識。企業(yè)實例ID是字符串，公共實例ID是符號“-”。

• ProductKey：設(shè)備所屬產(chǎn)品的ProductKey。

• ProductSecret：由IoT設(shè)備身份認證頒發(fā)的產(chǎn)品密鑰，與 ProductKey 成對出現(xiàn)

3.5 集成云端SDK

3.5.1 阿里云賬號的AccessKey

• AccessKey是調(diào)用阿里云API的身份憑證，請參見獲取AccessKey。

• 需要注意的是AccessKey的歸屬賬號必須與創(chuàng)建產(chǎn)品時的賬號保持一致。

3.5.2 下載云端SDK

1. 登錄IoT安全產(chǎn)品控制臺控制臺，在左側(cè)導(dǎo)航欄，選擇文檔與工具，在IoT設(shè)備身份認證云端SDK中單擊立即下載右側(cè)的復(fù)制按鈕獲取最新的下載地址，在云端環(huán)境執(zhí)行命令獲取云端SDK。

wget https://id2-schip-online.oss-cn-shanghai.aliyuncs.com/static_resources/id2_server_sdk/ID2_Server_SDK.tar

2. 在云端環(huán)境執(zhí)行命令tar -xvf ID2_Server_SDK.tar 完成解壓，執(zhí)行命令cd <解壓SDK后的目錄>。設(shè)備端SDK的目錄說明見表格內(nèi)容：

3.5.3 集成云端SDK

1. 添加Maven項目依賴，引入阿里云Java SDK公共包。

<dependency>
    <groupId>com.aliyun</groupId>
    <artifactId>aliyun-java-sdk-core</artifactId>
    <version>4.5.6</version>
</dependency>

2. 導(dǎo)入云端SDK中的lib/aliyun-java-sdk-id2-1.1.4.jar到項目工程中，初始化云端SDK。

public static String ACCESS_KEY = null;
public static String ACCESS_SECRET = null;

public static String REGION_ID = "cn-shanghai";
public static String END_POINT = "id2." + REGION_ID + ".aliyuncs.com";

// Load ACCESS_KEY and ACCESS_SECRET From Config File
loadConfigProperties("xxx.conf");

IClientProfile profile = DefaultProfile.getProfile(REGION_ID, ACCESS_KEY, ACCESS_SECRET);
DefaultProfile.addEndpoint(REGION_ID, PRODUCT_CODE, END_POINT);
client = new DefaultAcsClient(profile);

3. 發(fā)起調(diào)用，ID2云端SDK為每個API封裝了一個類，命名為${API名稱}+"Request"，如VerifyRequest，用于API的調(diào)用請求，ID2云端API列表請參考服務(wù)端API。

• ID2空發(fā)

OtpGetId2Request request = new OtpGetId2Request();
request.setDeviceAuthCode(authCode);
request.setApiVersion(1.1.2);

OtpGetId2Response response = client.getAcsResponse(request);

• 獲取ID2認證挑戰(zhàn)字

GetServerRandomRequest request = new GetServerRandomRequest();
request.setId2(id2Id);
request.setApiVersion(1.1.2);

GetServerRandomResponse response = client.getAcsResponse(request);
System.out.println("GetServerRadom requestId:" + response.getRequestId());

• ID2設(shè)備認證和業(yè)務(wù)密鑰加密

VerifyAndEncryptRequest request = new VerifyAndEncryptRequest();
request.setApiVersion(1.1.2);
request.setProductKey(productKey);
request.setId2(id2Id);
request.setAuthCode(authCode);
request.setData(keyInfo);

VerifyAndEncryptResponse response = client.getAcsResponse(request);
System.out.println("VerifyAndEncrypt requestId:" + response.getRequestId());

4. 應(yīng)用集成ID2云端SDK的示例代碼，請參考demos/ID2SPMessage

3.6 集成設(shè)備端SDK：

3.6.1 ID2設(shè)備端SDK框架：

1. iTLS：輕量的安全連接協(xié)議TLS，基于ID2完成TLS的握手認證和密鑰協(xié)議，提供應(yīng)用數(shù)據(jù)的加密傳輸。

2. ID2：IoT設(shè)備認證和數(shù)據(jù)加密的對外接口，上層應(yīng)用/協(xié)議基于此接口進行開發(fā)。

3. KM：密鑰管理模塊，支持不同形式的載體：

   1. Soft-KM：軟件沙箱，基于軟件加固和虛擬化技術(shù)提供對ID2密鑰的安全保護。

      2. SE（Secure Element）：安全芯片，基于物理防護機制，提供對ID2密鑰的安全保護，通過AT指令對設(shè)備提供ID2的運算指令。

4. Crypto：提供統(tǒng)一的加解密算法接口。

5. OSA：操作系統(tǒng)適配接口，廠商需根據(jù)使用的OS，重新進行接口適配。

6. HAL：硬件適配接口，提供算法庫和Soft-KM的適配接口，廠商需根據(jù)選擇的硬件平臺，重新進行接口適配。

3.6.2 下載設(shè)備端SDK：

1. 登錄IoT安全產(chǎn)品控制臺，在左側(cè)導(dǎo)航欄，選擇文檔與工具，在IoT設(shè)備身份認證設(shè)備端SDK中單擊立即下載右側(cè)的復(fù)制按鈕獲取最新的下載地址，執(zhí)行命令獲取設(shè)備端SDK。

wget https://id2-schip-online.oss-cn-shanghai.aliyuncs.com/static_resources/id2_client_sdk/ID2_Client_SDK.tar

2. 執(zhí)行命令tar -xvf ID2_Client_SDK.tar完成解壓，執(zhí)行命令cd <解壓SDK后的目錄>。設(shè)備端SDK的目錄說明見表格內(nèi)容：

3.6.3 集成設(shè)備端SDK：

調(diào)用設(shè)備端ID2的接口，完成ID2空發(fā)，ID2設(shè)備認證和數(shù)據(jù)加密等功能，工作原理圖如下：

• ID2空發(fā)：

• 通過ID2產(chǎn)品的ProductSecret，生成ID2的空發(fā)認證碼（AuthCode），發(fā)送到云端調(diào)用ID2服務(wù)端的接口，完成ID2的申請和下發(fā)

• ID2設(shè)備認證和數(shù)據(jù)加密：

• 基于挑戰(zhàn)字認證方式，通過在設(shè)備端調(diào)用ID2 SDK生成ID2的設(shè)備認證碼，發(fā)送到云端調(diào)用ID2的云端SDK，完成ID2的設(shè)備認證和會話密鑰的加密；然后，在設(shè)備端調(diào)用ID2 SDK的解密接口，完成會話密鑰的解密

使用自有的應(yīng)用，完成如下的集成工作：

1. 設(shè)備硬件及系統(tǒng)層集成，詳情請參考ID2安全Agent適配接口

• OSA接口適配：實現(xiàn)src/osa/ls_osa.c中的接口，參考目錄下__DEMO__的實現(xiàn)。

• HAL接口適配：實現(xiàn)src/hal/km/demo/ls_hal_km.c中的接口，通過hal_test測試用例驗證（成功日志： “HAL KM Test Pass”），參考目錄下__DEMO__的實現(xiàn)。

1. 設(shè)備應(yīng)用層集成，詳情請參考設(shè)備端API

• 設(shè)備應(yīng)用首先調(diào)用ID2的初始化函數(shù)，完成設(shè)備端SDK的初始化。

{
    int ret;

     ret = id2_client_init();
     if (ret != IROT_SUCCESS) {
        ls_osa_print("id2 client init fail, %d\n", ret);
        return -1;
     }
}

• 獲取ID2設(shè)備端的燒錄狀態(tài)：

  • 如ID2已燒錄（is_prov == true），退出ID2空發(fā)流程

{
    int ret = 0;
    bool is_prov = false;

    ret = id2_client_get_prov_stat(&is_prov);
    if (ret != IROT_SUCCESS) {
        ls_osa_print("id2 client get prov stat fail, %d\n", ret);
        return -1;
    } 
}

• 生成ID2設(shè)備端的空發(fā)認證碼。

{
    int ret = 0;
    uint8_t auth_code[ID2_MAX_AUTH_CODE_LEN] = {0};
    uint32_t auth_code_len = ID2_MAX_AUTH_CODE_LEN;

    ret = id2_client_get_otp_auth_code(
              (uint8_t *)product_secret, (int)strlen(product_secret),
               auth_code, &auth_code_len);
    if (ret != IROT_SUCCESS) {
        ls_osa_print("id2_client_get_otp_auth_code fail, %d\n", ret);
        return -1;
    }
}

• ID2空發(fā)的網(wǎng)絡(luò)請求和響應(yīng)。

  • authCode：ID2空發(fā)認證碼的Base64編碼

  • otpData：ID2云端下發(fā)的空發(fā)數(shù)據(jù)（Base64格式）

# ID2空發(fā)請求：
{commandId:xxx, authCode: xxx}

# ID2空發(fā)響應(yīng)：
{commandId:xxx, otpData: xxx}

• 存儲ID2密鑰到設(shè)備安全存儲區(qū)。

{
    int ret = 0;

    ret = id2_client_load_otp_data(otp_data, otp_len);
    if (ret != IROT_SUCCESS) {
        ls_osa_print("id2 load otp data fail, %d\n", ret);
        return -1;
    }
}

• 獲取設(shè)備端的ID2 ID。

{
    int ret = 0;
    uint8_t id2_id[ID2_ID_MAX_LEN + 1] = {0};
    uint32_t id2_id_len = ID2_ID_MAX_LEN;

    ret = id2_client_get_id(id2_id, &id2_id_len);
    if (ret != IROT_SUCCESS) {
        ls_osa_print("id2 client get id fail, %d\n", ret);
        return -1;
    }
}{
    int ret = 0;
    uint8_t id2_id[ID2_ID_MAX_LEN + 1] = {0};
    uint32_t id2_id_len = ID2_ID_MAX_LEN;

    ret = id2_client_get_id(id2_id, &id2_id_len);
    if (ret != IROT_SUCCESS) {
        ls_osa_print("id2 client get id fail, %d\n", ret);
        return -1;
    }
}

• ID2認證挑戰(zhàn)字的網(wǎng)絡(luò)請求和響應(yīng)。

# ID2認證挑戰(zhàn)字的請求：
{commandId:xxx, Id2Id: xxx}

# ID2認證挑戰(zhàn)字的響應(yīng)：
{commandId:xxx, challenge: xxx}

• 獲取設(shè)備端的ID2認證碼。

{
    int ret = 0;
    uint8_t auth_code[ID2_MAX_AUTH_CODE_LEN] = {0};
    uint32_t auth_code_len = ID2_MAX_AUTH_CODE_LEN;

    ret = id2_client_get_challenge_auth_code(
              challenge, NULL, 0, auth_code, &auth_code_len);
    if (ret != IROT_SUCCESS) {
        ls_osa_print("id2 client get challenge auth code fail, %d\n", ret);
        return -1;
    }
}

• 設(shè)備端認證和數(shù)據(jù)加密的網(wǎng)絡(luò)請求和響應(yīng)。

  • cipherData：ID2云端下發(fā)的加密數(shù)據(jù)

# ID2設(shè)備認證和數(shù)據(jù)加密的請求：
{commandId:xxx, productKey:xxx, Id2Id:xxx, authCode:xxx}

# ID2設(shè)備認證和數(shù)據(jù)加密的響應(yīng)：
{commandId:xxx, cipherData: xxx}

• 解密ID2云端加密下發(fā)的數(shù)據(jù)。

{
    int ret = 0;

    ret = id2_client_decrypt(cipher_data, cipher_len, cipher_data, &cipher_len);
    if (ret != IROT_SUCCESS) {
        ls_osa_print("id2 client decrypt fail\n");
        return -1;
    }
}

• 應(yīng)用集成ID2設(shè)備SDK的示例代碼，請參考demos/spdemo

1. 設(shè)備端SDK的編譯：

• 在ID2 SDK的根目錄，執(zhí)行命令vi ./make.settings打開文件, 修改CONFIG_LS_ID2_KEY_TYPE的值

  • 同ID2產(chǎn)品選擇的認證算法保持相同

• 執(zhí)行命令“make clean & make plat=xxx”進行編譯

  • Linux x86_64默認使用系統(tǒng)中的GCC作為編譯工具，且默認指定“plat=x86_64”參數(shù)

  • 如要編譯其他架構(gòu)，如armhf，在make.rules中配置編譯工具，運行編譯命令“make clean & make plat=armhf”

3.7 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密

1. 方式一：運行設(shè)備端自有的應(yīng)用和自建的SP Server，進行ID2認證和加密，以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密的調(diào)試。

2. 方式二：使用演示示例：

• 部署EMQX物聯(lián)網(wǎng)平臺，詳情參見EMQX安裝和部署

  • 本節(jié)描述在Ubuntu 22.04上通過Docker部署EMQX物聯(lián)網(wǎng)平臺的示例

  • 安裝和啟動Docker工具：

# Install Docker
curl -fsSL get.docker.com -o get-docker.sh
sudo sh get-docker.sh --mirror Aliyun

# Start Docker
sudo systemctl enable docker
sudo systemctl start docker

# Get Docker Version
docker -v

• 使用Docker安裝EMQX物聯(lián)網(wǎng)平臺：

# Get emqx-5.1.3 docker image
docker pull emqx/emqx:5.1.3

# Start docker emqx instance
docker run -d --name emqx -p 1883:1883 emqx/emqx:5.1.3

# Get docker instance info
docker ps

• 部署云端演示示例，在ID2云端SDK根目錄，配置vi demos/ID2SPMessage/Id2SpDemo.conf文件中的AccessKey和AccessSecret信息。

• 執(zhí)行命令cd demos/ID2SPMessage，執(zhí)行命令java -jar Id2SpDemo.jar啟動云端演示示例。

• 在ID2設(shè)備端SDK目錄，執(zhí)行命令vi tools/ls_sp_demo.sh填寫如下參數(shù)：

  • HostAddr：云端演示示例的IP地址，localhost代表本機網(wǎng)絡(luò)。

  • ProductKey：ID2產(chǎn)品的ProductKey。

  • ProductSecret：ID2產(chǎn)品的ProductSecret。

  • PublishData：設(shè)備端應(yīng)用上報的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，建議不超過1024字節(jié)。

• 執(zhí)行命令./tools/ls_sp_demo.sh運行設(shè)備端演示示例，查看設(shè)備端打印的日志。

  • 在設(shè)備端日志中，可以看到完成ID2的設(shè)備認證，以及通過ID2加密下發(fā)SP Key Info；設(shè)備端通過ID2設(shè)備端接口解密后，獲得明文的Key ID和Data

  • 在設(shè)備端日志中，可看到由SPKey加密下發(fā)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（“SP Server Subscribed Cipher Data”）；通過在調(diào)用SPKey解密后，可得到明文的下行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（“SP_Server_Hello”）

• 在云端查看打印的日志。

  • 可看到由SPKey加密的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（"Device Published Cipher Data"）

  • 使用SPKey解密后，可得到正確的上行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（“SP_Client_Hello”）

3. 查看設(shè)備狀態(tài)：

• 登錄產(chǎn)品控制臺，在左側(cè)導(dǎo)航欄，選擇資產(chǎn)>設(shè)備，查看設(shè)備狀態(tài)為正常，安全狀態(tài)為安全。