پرش به مطلب اصلی

امنیت لایه دوم

در پلتفرم AirNgin امنیت ارتباط بین دستگاه‌ها و سرور تنها به TLS یا امنیت سطح شبکه محدود نمی‌شود. ما یک لایه امنیتی دوم در سطح اپلیکیشن (Application Layer Encryption) پیاده‌سازی کرده‌ایم تا حتی اگر مهاجم به بسته‌های MQTT دسترسی پیدا کند، امکان خواندن یا دستکاری داده‌ها را نداشته باشد.

توجه داشته باشید که استفاده از این لایه امنیتی الزامی نیست. شما تولیدکنندگان محترم می‌توانید بر اساس نیازهای محصول و کاربران خود، در صورت تمایل این قابلیت را در دستگاه‌های خود فعال کنید.

استفاده از این خدمت برای کاربران شما شامل هزینه است و بر اساس قوانین پلتفرم، مبلغ مربوطه به‌صورت خودکار از حساب کاربر شما کسر خواهد شد.

این مکانیزم، رمزنگاری AES-256-GCM را برای هر پیام MQTT اعمال می‌کند و باعث می‌شود تمام پیام‌ها به‌صورت امن و غیرقابل‌تقلب تبادل شوند.

چرا امنیت لایه دوم ضروری است؟​

حتی در شرایط دارای TLS نیز ممکن است:

  • دستگاه‌ها در شبکه‌های محلی (LAN) یا بدون TLS کار کنند (پورت 1883)

  • برخی تولیدکنندگان نیاز به ارتباط سبک وزن بدون TLS داشته باشند

  • حملات MITM در لایه شبکه یا واسط‌های محلی اتفاق بیفتد

بنابراین AirNgin لایه دوم امنیت را در خود پیام MQTT قرار داده تا امنیت End-to-End برقرار شود.

ساختار امنیت لایه دوم AirNgin​

کلید اختصاصی برای هر دستگاه​

هر دستگاه در AirNgin یک Device Secret کاملاً یکتا دارد. این کلید پایه تمام عملیات رمزنگاری است.

رمزنگاریِ پیام‌ها با AES-256-GCM​

ویژگی‌های AES-GCM استفاده شده در AirNgin:

  • محرمانگی (Confidentiality)

  • صحت پیام (Integrity)

  • جلوگیری از دستکاری (Tamper-Proofing)

  • غیرقابل بازپخش بودن پیام‌ها (Anti-Replay)

ساختار پیام رمزنگاری شده :​


{
  "ciphertext": "base64",
  "tag": "base64",
  "nonce": "base64",
  "version": "string",
  "timestamp": long,
  "deviceSerial": "string",
  "more": "string"
}


ciphertext​

نوع: Base64 String​

حاوی داده رمز‌شده اصلی است که به‌وسیله AES-256-GCM رمزگذاری شده است. محتوای plaintext شامل پارامترهای کاربردی مثل داده‌های سنسورها، فرمان‌ها یا وضعیت دستگاه است. این داده بدون کلید اختصاصی دستگاه قابل رمزگشایی نیست.

tag​

نوع: Base64 String​

Authentication Tag مربوط به AES-GCM است. این مقدار تضمین می‌کند که پیام دستکاری نشده و معتبر است. هرگونه تغییر در داده (حتی یک بیت) باعث نامعتبر شدن tag می‌شود و پیام توسط سرور رد می‌گردد.

nonce​

نوع: Base64 String​

یک مقدار یکتا و تصادفی برای هر پیام است که برای جلوگیری از Replay Attack استفاده می‌شود. هیچ پیامی با nonce تکراری پذیرفته نمی‌شود.

version​

نوع: String​

مثال: "v1" نسخه پروتکل رمزنگاری. در آینده امکان ارتقای الگوریتم، ساختار پیام یا استانداردها وجود دارد. این فیلد تضمین می‌کند هر کلاینت و سرور بداند فرمت پیام مطابق کدام نسخه است.

timestamp​

نوع: عدد Long (Unix Time)​

زمان ارسال پیام به‌صورت یونیکس‌تایم. سرور از این مقدار برای:

جلوگیری از Replay Attack

اعتبارسنجی تازگی پیام

مدیریت پیام‌های out-of-order

استفاده می‌کند.

پیام‌هایی که خارج از بازه زمانی قابل قبول باشند، رد خواهند شد.

deviceSerial​

نوع: String​

شماره‌سریال یکتا دستگاه.

more​

نوع: String​

فضایی برای داده‌های جانبی و متادیتا که در نسخه‌های آینده یا برای ویژگی‌های سفارشی استفاده می‌شود. این فیلد ممکن است شامل اطلاعاتی مثل نوع پیام، وضعیت داخلی، یا ساختارهای توسعه‌یافته باشد.

فرآیند Encryption / Decryption در یک نگاه​

🔸 سمت دستگاه (ESP / STM32 / ESP32)

تولید nonce → random(12 bytes)

ساخت JSON پیام

رمزنگاری با AES-256-GCM

ارسال در قالب تعریف شده در MQTT

🔸 سمت سرور (C# .NET)

دریافت پیام MQTT

استخراج nonce + cipher + tag

رمزگشایی با DeviceSecret

اعتبارسنجی Tag و Timestamp

پردازش پیام

تاپیک ها​

زمانی که دستگاه یا تولیدکننده از امنیت لایه دوم AES استفاده می‌کند، ساختار تاپیک‌های MQTT نیز برای تشخیص پیام‌های رمزنگاری‌شده تغییر می‌کند. تمام تاپیک‌های Direct Device — رمزنگاری‌شده یا نه — با کد پروژه (projectCode) namespace می‌شوند. برای مثال، تاپیک ارسال داده از ابزار به سرور در حالت عادی projectCode/DeviceToServer و در حالت رمزنگاری‌شده projectCode/DeviceToServer/AES است. تاپیک دریافت دستور از سرور نیز از projectCode/ServerToDevice/{deviceSerial} به projectCode/ServerToDevice/{deviceSerial}/AES تغییر می‌کند.

تاپیک‌هایی که دستگاه روی آن‌ها Publish می‌کند​

هر پیامی که با امنیت لایه دوم ارسال شود، باید در تاپیک مربوطه با پسوند زیر منتشر شود:


/AES


تاپیک‌هایی که دستگاه روی آن‌ها Subscribe می‌کند​

برای دریافت پیام‌های رمزنگاری‌شده از سرور، تاپیک‌هایی که دستگاه گوش می‌دهد نیز به‌صورت زیر هستند:


.../AES


بنابراین تمام پیام‌های رمزنگاری‌شده در لایه دوم دارای تاپیک‌هایی هستند که به صورت مشخص و استاندارد با /AES پایان می‌یابند.

چه تاپیک‌هایی هرگز رمزنگاری نمی‌شوند؟​

مطابق مشخصات مرجع (Direct Device Canonical Specification v1)، کلید encryptionKey تنها برای تاپیک‌های خصوصی و مختص هر ابزار (device-context) کاربرد دارد. در مقابل، تاپیک‌های عمومی زیر هیچ‌گاه نسخه AES ندارند و حتی اگر isUseEncrypted برای ابزار شما true باشد، بدون رمزنگاری باقی می‌مانند:

  • projectCode/SendScenarioSetting
  • projectCode/ReceiveRunScenario
  • projectCode/Time
  • projectCode/Time/Tehran

همچنین فیلد encryptionKeyProject که در بخش ورود ابزار به سرور MQTT دیده‌اید، برای رمزنگاری سطح پروژه/عمومی در نسخه‌های آینده رزرو شده و در مجموعه تاپیک‌های رمزنگاری‌شده فعلی Direct Device استفاده نمی‌شود.

برای اطلاعات مربوط به امنیت لایه انتقال (Transport Layer)، به صفحه TLS در AirNgin مراجعه کنید؛ AES و TLS دو لایه امنیتی مستقل و مکمل یکدیگر هستند، نه جایگزین هم.