MQTT协议杂记


好不容易蹬了好久AI挖到一个漏洞,结果是重复的。只不过在这过程中学到了一点新东西,就想记下来。

MQTT介绍

MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输协议),是一种基于发布/订阅(publish/subscribe)模式的”轻量级”通讯协议,该协议构建于TCP/IP协议上。MQTT最大优点在于,可以以极少的代码和有限的带宽,为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议,使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。

MQTT协议实现方式

实现MQTT协议需要客户端和服务器端通讯完成,在通讯过程中,MQTT协议中有三种身份:发布者(Publish)、代理(Broker)(服务器)、订阅者(Subscribe)。其中,消息的发布者和订阅者都是客户端,消息代理是服务器,消息发布者可以同时是订阅者。

MQTT传输的消息分为:主题(Topic)和负载(payload)两部分:

  • (1)Topic,可以理解为消息的类型,订阅者订阅(Subscribe)后,就会收到该主题的消息内容(payload);
  • (2)payload,可以理解为消息的内容,是指订阅者具体要使用的内容。

网络传输与应用消息

MQTT会构建底层网络传输:它将建立客户端到服务器的连接,提供两者之间的一个有序的、无损的、基于字节流的双向传输。

当应用数据通过MQTT网络发送时,MQTT会把与之相关的服务质量(QoS)和主题名(Topic)相关连。

MQTT客户端

一个使用MQTT协议的应用程序或者设备,它总是建立到服务器的网络连接。客户端可以:

  • (1)发布其他客户端可能会订阅的信息;
  • (2)订阅其它客户端发布的消息;
  • (3)退订或删除应用程序的消息;
  • (4)断开与服务器连接。

MQTT服务器

MQTT服务器以称为”消息代理”(Broker),可以是一个应用程序或一台设备。它是位于消息发布者和订阅者之间,它可以:

  • (1)接受来自客户的网络连接;
  • (2)接受客户发布的应用信息;
  • (3)处理来自客户端的订阅和退订请求;
  • (4)向订阅的客户转发应用程序消息。

MQTT协议中的订阅、主题、会话

一、订阅(Subscription)

订阅包含主题筛选器(Topic Filter)和最大服务质量(QoS)。订阅会与一个会话(Session)关联。一个会话可以包含多个订阅。每一个会话中的每个订阅都有一个不同的主题筛选器。

二、会话(Session)

每个客户端与服务器建立连接后就是一个会话,客户端和服务器之间有状态交互。会话存在于一个网络之间,也可能在客户端和服务器之间跨越多个连续的网络连接。

三、主题名(Topic Name)

连接到一个应用程序消息的标签,该标签与服务器的订阅相匹配。服务器会将消息发送给订阅所匹配标签的每个客户端。

四、主题筛选器(Topic Filter)

一个对主题名通配符筛选器,在订阅表达式中使用,表示订阅所匹配到的多个主题。

五、负载(Payload)

消息订阅者所具体接收的内容。

MQTT协议中的方法

MQTT协议中定义了一些方法(也被称为动作),来于表示对确定资源所进行操作。这个资源可以代表预先存在的数据或动态生成数据,这取决于服务器的实现。通常来说,资源指服务器上的文件或输出。主要方法有:

  • (1)Connect。等待与服务器建立连接。
  • (2)Disconnect。等待MQTT客户端完成所做的工作,并与服务器断开TCP/IP会话。
  • (3)Subscribe。等待完成订阅。
  • (4)UnSubscribe。等待服务器取消客户端的一个或多个topics订阅。
  • (5)Publish。MQTT客户端发送消息请求,发送完成后返回应用程序线程。

MQTT协议数据包结构

在MQTT协议中,一个MQTT数据包由:固定头(Fixed header)、可变头(Variable header)、消息体(payload)三部分构成。MQTT数据包结构如下:

  • (1)固定头(Fixed header)。存在于所有MQTT数据包中,表示数据包类型及数据包的分组类标识。
  • (2)可变头(Variable header)。存在于部分MQTT数据包中,数据包类型决定了可变头是否存在及其具体内容。
  • (3)消息体(Payload)。存在于部分MQTT数据包中,表示客户端收到的具体内容。

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安全方面

MQTT 协议本身的设计侧重于轻量高效,安全机制并非强制内置,导致默认配置下存在一系列原生隐患。其核心风险集中在以下几个方面:

传输与隐私风险

  • 明文传输:默认不加密,凭据和负载在网络上以明文形式传输,极易被嗅探工具截获。
  • 中间人攻击:攻击者可拦截并篡改数据(如伪造传感器温度),或窃取登录凭据。

认证与授权缺陷

  • 弱认证甚至无认证:部分 Broker 允许匿名连接或使用弱口令,攻击者可轻易接管消息系统。
  • 缺乏细粒度授权:协议本身不强制限制订阅/发布权限,一旦连接成功,可能越权访问敏感主题。

可用性攻击

  • 拒绝服务攻击:通过海量连接或超大负载耗尽 Broker 资源,导致服务瘫痪。
  • 共享订阅饥饿攻击:MQTT 5.0 的共享订阅特性若被滥用,可恶意垄断消息,导致合法订阅者收不到数据。

其他特定隐患

简单来说,MQTT 的安全依赖于是否正确开启了 TLS 加密、强认证和 ACL 权限控制。裸跑 MQTT 相当于在公共网络上“裸奔”。


文章作者: 持之以 恒
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