物聯網防火墻himqtt原始碼之MQTT協議分析

himqtt是首款完整原始碼的高性能MQTT物聯網防火墻 - MQTT Application FireWall，C語言撰寫，采用epoll模式支持數十萬的高并發連接，并且兼容ModSecurity部分規則， 代碼非常優秀，非常值得收藏和學習，今天筆者就從結合himqtt的原始碼來進行MQTT協議分析，

一、MQTT協議指令匯總

MQTT協議一共有14個指令，如下表所示：其中有9個報文都是固定的2~4個位元組，非常簡單適合小型物聯網設備，

MQTT協議由指令號（1位元組）+長度（1-4位元組不定）+內容組成，比如下面第一個位元組0x30表示publish發布訊息指令，0x26表示后面的內容長度就是38個位元組，

---------------MQTT PUBLISH-  ------40bytes-------------------------------------------

| 30 26 00 14 68 6f 6d 65 2f 67 61 72 64 65 6e 2f   |0&..home/garden/|

| 66 6f 75 6e 74 61 69 6e 31 32 33 34 35 36 37 38  |fountain12345678|

| 39 30 61 62 63 64 65 66                        |90abcdef

先到github上下載himqtt最新原始碼，https://github.com/qq4108863/himqtt/ ，打開src/waf/mqtt.c檔案，

特別注意的是：長度占用的位元組數是可變的（1-4位元組），具體的計算方法在process_mqtt_msg這個函式里面，理論上這種演算法后續訊息內容是最大長度是268435455位元組（約255M），

  static void process_mqtt_msg(mqtt_waf_msg *req)

{

......

/* decode mqtt variable length */

  len = len_len = 0;

  p   = req->buf + 1;

  eop = &req->buf[req->pos];

  while (p < eop) {

    lc = *((const unsigned char *) p++);

    len += (lc & 0x7f) << 7 * len_len;

    len_len++;

    if (!(lc & 0x80)) break;

    if (len_len > 4){

req->msg_state = MQTT_MSG_ERROR;

return;

    }

  }

.....

}

......

長度和協議校驗正確后，根據收到的訊息型別，以此對不同的指令進行處理，代碼邏輯非常清晰：

switch (mqtt_msg_type)

{

case MQTT_CONNECT:

req->msg_state = mqtt_connect(req,p,end,&mm);

break;

case MQTT_CONNACK:

break;

case MQTT_PUBLISH:

req->msg_state = mqtt_publish(req,p,end,&mm);

break;

case MQTT_SUBSCRIBE:

req->msg_state = mqtt_subscribe(req,p,end,&mm);

break;

case MQTT_UNSUBSCRIBE:

req->msg_state = mqtt_unsubscribe(req,p,end,&mm);

......

下面我們主要CONNECT、PUBLISH、SUBSCRIBE、UNSUBSCRIBE這幾個復雜一點的報文協議內容，

二、HiMQTT協議分析

1、CONNECT連接服務端

CONNECT是客戶端到服務端的網路連接建立后，客戶端發送給服務端的第一個報文必須是CONNECT報文，其中登錄的身份認證如用戶名、密碼就在這個指令里面，報文協議如下：

--------------MQTT CONNECT-----105bytes-----------------------------

| 10 67 00 04 4d 51 54 54 04 c2 00 3c 00 19 4d 51 |.g..MQTT...<..MQ|

| 54 54 5f 46 58 5f 43 6c 69 65 6e 74 5f 39 69 75  |TT_FX_Client_9iu|

| 79 38 37 36 35 35 35 00 12 69 6f 74 66 72 65 65 |y876555..iotfree|

| 74 65 73 74 2f 74 68 69 6e 67 30 00 2c 59 55 37 |test/thing0.,YU7|

| 54 6f 76 38 7a 46 57 2b 57 75 61 4c 78 39 73 39 |Tov8zFW+WuaLx9s9|

| 49 33 4d 4b 79 63 6c 69 65 39 53 47 44 75 75 4e |I3MKyclie9SGDuuN|

| 6b 6c 36 6f 39 4c 58 6f 3d                      |kl6o9LXo=

10 //CONNECT指令號

67 //長度103位元組

00 04 //MQTT協議長度為4位元組

4d 51 54 54 //MQTT固定字串

04 //版本3.1.1

c2 //連接標記，是否由用戶名/密碼等

00 3c //心跳間隔時間60秒

00 19 //用戶名長度25位元組，后面是用戶名

4d 51 54 54 5f 46 58 5f 43 6c 69 65 6e 74 5f 39 69 75 79 38 37 36 35 35 35

00 12 //密碼18位元組

69 6f 74 66 72 65 65 74 65 73 74 2f 74 68 69 6e 67 30//密碼

00 2c //will message長度，

59 55 37 ......6f 3d//will message內容

2、PUBLISH發布訊息

PUBLISH 是從客戶端向服務端或者服務端向客戶端傳輸一個應用訊息，這是通信的最重點，就像HTTP協議的GET一樣，報文協議分析如下：

/*

---------------MQTT PUBLISH-------40bytes-----------------------------

| 30 26 00 14 68 6f 6d 65 2f 67 61 72 64 65 6e 2f |0&..home/garden/|

| 66 6f 75 6e 74 61 69 6e 31 32 33 34 35 36 37 38 |fountain12345678|

| 39 30 61 62 63 64 65 66                         |90abcdef

*/

30 //PUBLISH指令號

26 //長度39位元組

00 14 //TOPIC長度20位元組

68 6f 6d 65 2f 67 61 72 64 65 6e 2f 66 6f 75 6e //TOPIC

31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 61 62 63 64 65 66 //發布的訊息

在實際編程中，這個地方大多是json格式提交給服務器，SQL注入/XSS攻擊很可能從這里對物聯網設備發起攻擊，所以一定要做攻擊檢查，himqtt不知道什么原因把ngx_http_dummy_json_parse決議json格式的函式注釋掉了，

3、SUBSCRIBE訂閱訊息

SUBSCRIBE是由客戶端向服務端發送的，用于創建一個或多個訂閱，每個訂閱是該客戶端關注的一個或多個主題，服務端依據客戶端的訂閱來匹配主題，然后將對應的PUBLISH報文發送給客戶端，報文協議分析如下：

---------------MQTT SUBSCRIBE------33bytes-----------------------------

| 82 1f 00 01 00 1a 68 6f 6d 65 2f 67 61 72 64 65 |......home/garde|

| 6e 2f 66 6f 75 6e 74 61 69 6e 64 65 6c 65 74 65 |n/fountaindelete|

| 00  

82 //SUBSCRIBE指令

1f //長度31位元組

00 01 //Message Identifier

00 1a //TOPIC長度26

68 6f 6d 65 2f 67 61 72 64 65 6e 2f 66 6f 75 6e 74 61 69 6e 64 65 6c 65 74 65 //TOPIC

00 //request QOS

4、UNSUBSCRIBE取消訂閱訊息

UNSUBSCRIBE是客戶端發送本報文給服務端，用于取消訂閱主題，報文協議分析如下：

---------------MQTT UNSUBSCRIBE-------32bytes-----------------------------

| a2 1e 00 02 00 1a 68 6f 6d 65 2f 67 61 72 64 65 |......home/garde|

| 6e 2f 66 6f 75 6e 74 61 69 6e 64 65 6c 65 74 65 |n/fountaindelete|

a2 //SUBSCRIBE指令

1e //長度30位元組

00 02 //Message Identifier

00 1a //TOPIC長度26

68 6f 6d 65 2f 67 61 72 64 65 6e 2f 66 6f 75 6e 74 61 69 6e 64 65 6c 65 74 65 //TOPIC

總體來說，MQTT協議比HTTP協議簡單多了，非常適合物聯網設備，另外himqtt其實也是一款功能強大的WEB應用防火墻，其他原始碼我們在另外的文章中再介紹，

也許未來幾年IPV6普及后，很可能幾百億帶電的物體都會聯網哦，期待himqtt這類高并發的物聯網防火墻能扛起資訊安全的大旗，徹底阻擋黑客攻擊，

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