在物联网项目中使用 MicroPython 时如何确保数据安全

网络连接安全

• Wi-Fi安全
  • 使用加密的Wi-Fi网络：在物联网设备连接Wi-Fi时，应优先选择使用WPA2或WPA3加密的网络。在MicroPython代码中，当配置Wi-Fi连接时，确保正确输入密码。例如，使用ESP32连接Wi-Fi的代码如下：

    import network
    ssid = "your_secure_wifi_ssid"
    password = "your_wifi_password"
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    wlan.connect(ssid, password)
    while not wlan.isconnected():
      pass
    print("已连接到Wi - Fi")
    

  • 隐藏Wi-Fi SSID（可选）：对于一些安全性要求较高的场景，可以考虑隐藏Wi-Fi的SSID。但这需要在设备代码中手动指定SSID进行连接。同时，隐藏SSID并不能提供绝对的安全保障，只是增加了一定的安全性。
• 蓝牙安全（如果使用蓝牙）
  • 配对与加密：如果物联网设备使用蓝牙进行通信，应启用蓝牙配对和加密功能。在MicroPython中，部分蓝牙库支持设置配对密钥等安全措施。例如，对于一些基于蓝牙低功耗（BLE）的设备，在配对过程中可以设置安全级别，如使用LE安全连接（LE Secure Connections）来防止数据被窃取。
  • 限制蓝牙访问范围：可以通过调整蓝牙的发射功率来限制其访问范围。较低的发射功率意味着设备只能在较短的距离内被发现和连接，减少了未经授权的访问风险。

数据传输安全

• 使用安全协议
  • MQTT with TLS：在通过MQTT协议传输数据时，应使用TLS（Transport Layer Security）加密。许多云平台支持带有TLS加密的MQTT连接。在MicroPython中，需要配置MQTT客户端使用TLS。例如，在使用umqtt.simple库连接到支持TLS的MQTT服务器时，代码可能如下：

    from umqtt.simple import MQTTClient
    import ssl
    # 假设已经连接Wi - Fi
    mqtt_server = "mqtt.example.com"
    mqtt_port = 8883
    device_id = "your_device_id"
    client = MQTTClient(device_id, mqtt_server, mqtt_port, ssl = True)
    client.connect()
    # 发送数据等操作
    client.disconnect()
    

  • HTTP/HTTPS：如果使用HTTP协议进行数据传输，应优先使用HTTPS。在MicroPython中，对于一些支持HTTPS的网络库（如urequests），可以像在普通网络请求中一样使用它来进行安全的数据传输。例如：

    import urequests
    url = "https://your_secure_server/api/data"
    data = {
             "key": "value"}
    response = urequests.post(url, json = data)
    print(response.text)
    

• 数据加密与签名
  • 加密算法应用：在发送敏感数据之前，可以使用加密算法对数据进行加密。例如，对于简单的对称加密，可以使用AES（Advanced Encryption Standard）算法。在MicroPython中有一些库可以实现AES加密。假设要加密一个传感器读数（如温度数据），代码可能如下：

    from ucrypto import aes
    import binascii
    key = b'secret_key_16_bytes'
    data_to_encrypt = b'temperature:25.5'
    cipher = aes.new(key, aes.MODE_ECB)
    encrypted_data = cipher.encrypt(data_to_encrypt)
    print(binascii.hexlify(encrypted_data))
    

  • 数字签名验证：为了确保数据的完整性和来源真实性，可以使用数字签名。在发送数据时，使用私钥对数据进行签名，接收方使用公钥进行验证。虽然MicroPython资源有限，但一些轻量级的数字签名算法（如ECDSA - Elliptic Curve Digital Signature Algorithm）可以在一定程度上应用。

设备身份验证与访问控制

• 设备身份验证
  • 设备证书与密钥对：为每个物联网设备生成唯一的证书和密钥对。在设备连接到服务器或云平台时，通过验证证书来确认设备身份。例如，在使用TLS连接的MQTT服务器中，服务器可以验证设备提供的证书是否有效。
  • 预共享密钥（PSK）：除了证书方式，还可以使用预共享密钥来识别设备。在设备和服务器之间预先共享一个密钥，设备在连接或传输数据时提供这个密钥进行身份验证。在MicroPython代码中，需要妥善保管和使用这个预共享密钥。
• 访问控制
  • 用户权限管理（如果适用）：如果物联网项目涉及用户对设备的访问，应建立用户权限管理系统。例如，在智能家居系统中，不同用户（如家庭成员）可能有不同的权限，如只能查看某些传感器数据或控制特定的设备。在设备端，可以通过代码来验证用户的权限级别，只有具有足够权限的用户才能执行相应操作。
  • 限制设备接口访问：在MicroPython代码中，对于设备上的敏感接口（如可以修改设备配置的接口），可以设置访问限制。例如，只有在设备处于特定的配置模式或者通过特定的认证过程后，才能访问这些接口，防止未经授权的访问和恶意修改。