MQTT – это легковесный протокол сообщений, предназначенный для общения между устройствами (machine-to-machine) интернета вещей. Он используется для отслеживания перемещения транспортных средств, домашней автоматизации и сбора данных.
Mosquitto – это популярный MQTT-сервер (или брокер). Он прост в установке и настройке и активно поддерживается сообществом.
Данное руководство поможет установить Mosquitto, получить для него сертификат SSL от сервиса Let’s Encrypt и настроить безопасное взаимодействие устройств по MQTT.

1: Установка Mosquitto

yum -y install mosquitto

Пакет предоставляет простые базовые настройки.
Запуск и автостарт:

systemctl start mosquitto
systemctl enable mosquitto

Теперь нужно проверить настройки по умолчанию. Пакет mosquitto поставляется с MQTT-клиентами командной строки. Используйте один из них, чтобы подписаться на тему.
Темы – это метки, которые присваиваются опубликованным заметкам. Они расположены в виде иерархии (например, sensors/outside/temp или sensors/outside/humidity). Упорядочивание тем полностью зависит от ваших потребностей.
Откройте ещё одну сессию терминала, в результате у вас должно быть два терминала. Запустите в новом терминале команду mosquitto_sub, чтобы подписаться

mosquitto_sub -h localhost -t test

Флаг –h указывает имя хоста сервера MQTT, -t – тему. После запуска команды на экране не появится вывода, поскольку команда mosquitto_sub ждет получения сообщений. Вернитесь в первый терминал и опубликуйте сообщение:

mosquitto_pub -h localhost -t test -m "hello world"

Команда mosquitto_pub использует те же опции, что и mosquitto_sub, однако в этот раз используется дополнительный флаг –m (он позволяет ввести текст сообщения). Нажмите Enter, и вы увидите в другом терминале MQTT-сообщение hello world.
Введите во втором терминале CTRL+C, чтобы остановить mosquitto_sub, но не прерывайте подключения к серверу (оно понадобится позже).
Теперь нужно защитить трафик с помощью SSL-сертификата. Используйте Certbot, новый клиент Let’s Encrypt.

2: Установка Certbot

Установите Certbot:

yum -y install certbot

Теперь можно запустить Certbot, чтобы получить сертификат. Используйте опцию —standalone, чтобы Certbot самостоятельно обрабатывал тестовый запрос HTTP. Опция —standalone-supported-challenges http-01 ограничивает взаимодействие с интерфейсом портом 80. Опция -d позволяет указать домен, для которого предназначен сертификат, а certonly извлекает сертификат.

certbot certonly --standalone --standalone-supported-challenges http-01 -d mqtt.example.com

После запуска команды будет предложено указать адрес электронной почты и принять условия предоставления услуг. На экране появится сообщение, указывающее, где хранятся сертификаты.
Итак, сертификаты получены, и теперь нужно настроить их автоматическое обновление.

3: Автоматическое обновление сертификата

nano /etc/crontab

Вставьте следующую строку в конец файла, а затем сохраните и закройте его:

15 3 * * * certbot renew --noninteractive --post-hook "systemctl restart mosquitto"

Часть строки «15 3 * * *» значит, что команду нужно запускать в 3:15 утра каждый день. Команда renew будет проверять все существующие сертификаты и обновлять их по мере необходимости (если до окончания срока действия остается меньше 30 дней). Флаг —noninteractive запускает процесс в немом режиме.
Флаг —post-hook «systemctl restart mosquitto» перезапустит Mosquitto, чтобы загрузить новый сертификат (только если сертификат был обновлен).

4: Настройка пароля MQTT

Теперь настройте пароль для Mosquitto.
Mosquitto предоставляет утилиту mosquitto_passwd для генерирования файла паролей. Эта команда предложит ввести пароль для указанного пользователя и поместит результат в /etc/mosquitto/passwd.

mosquitto_passwd -c /etc/mosquitto/passwd 8host

Переименуйте файл mosquitto.conf.

mv /etc/mosquitto/mosquitto.conf /etc/mosquitto/mosquitto.conf.bak

Создайте новый конфигурационный файл Mosquitto и добавьте в него информацию о новом файле паролей.

nano /etc/mosquitto/mosquitto.conf

Вставьте в файл:

allow_anonymous false
password_file /etc/mosquitto/passwd

Строка allow_anonymous false блокирует доступ анонимных пользователей. Строка password_file указывает путь к файлу паролей. Сохраните и закройте файл.
Перезапустите Mosquitto:

systemctl restart mosquitto

Теперь нужно протестировать новые настройки. Попробуйте опубликовать сообщение без пароля:

mosquitto_pub -h localhost -t "test" -m "hello world"

Вы получите ошибку:

Connection Refused: not authorised.
Error: The connection was refused.

Перейдите во второй терминал и подпишитесь на тему test.

mosquitto_sub -h localhost -t test -u "8host" -P "password"

Оставьте этот терминал открытым до конца руководства, чтобы периодически отправлять в него тестовые сообщения.
Вернитесь в первый терминал и опубликуйте сообщение:

mosquitto_pub -h localhost -t "test" -m "hello world" -u "8host" -P "password"

Сообщение должно появиться во втором терминале. Если это так, то настройка пароля Mosquitto прошла успешно.
Пока что пароли передаются в незашифрованном виде. Чтобы исправить это, нужно настроить Mosquitto для поддержки SSL-шифрования.

5: Настройка поддержки SSL

Чтобы настроить шифрование, нужно сообщить Mosquitto, где хранятся  сертификаты Let’s Encrypt. Откройте конфигурационный файл:

nano /etc/mosquitto/mosquitto.conf

В конец добавьте такие строки:

. . .
listener 1883 localhost
listener 8883
certfile /etc/letsencrypt/live/mqtt.example.com/cert.pem
cafile /etc/letsencrypt/live/mqtt.example.com/chain.pem
keyfile /etc/letsencrypt/live/mqtt.example.com/privkey.pem

Теперь файл содержит два отдельных блока listener. Первый, listener 1883 localhost, обновляет прослушиватель MQTT на порте 1883 (это стандартный нешифрованный порт MQTT). Часть строки localhost привязывает этот порт к интерфейсу локального хоста, потому к нему не будет внешнего доступа (в любом случае, внешние запросы заблокировал бы брандмауэр).
Строка listener 8883 настраивает зашифрованный прослушиватель на порт 8883. Это стандартный порт MQTT + SSL (также называется MQTTS). Следующие три строки, certfile, cafile и keyfile указывают Mosquitto путь к файлам сертификата Let’s Encrypt.
Сохраните и закройте файл.
Прежде чем перезапустить Mosquitto, нужно исправить кое-что в service-файле mosquitto по умолчанию. Откройте его в текстовом редакторе:

nano /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/mosquitto.service

Найдите строку User=mosquitto и удалите её, а затем сохраните и закройте файл.
Брокер Mosquitto всё равно будет запущен как пользователь mosquitto, но теперь при первом запуске у него будут права root и он сможет загрузить сертификат Let’s Encrypt (по причинам безопасности доступ к ним ограничен). После загрузки сертификатов права пользователя mosquitto будут восстановлены.
Перезапустите systemd.

systemctl daemon-reload

Перезапустите Mosquitto:

systemctl restart mosquitto

Создайте ещё одно тестовое сообщение с помощью mosquitto_pub, добавив несколько опций для SSL:

mosquitto_pub -h mqtt.example.com -t test -m "hello again" -p 8883 --cafile /etc/ssl/certs/ca-bundle.crt -u "8host" -P "password"

Опция —cafile /etc/ssl/certs/ca-bundle.crt включает SSL для mosquitto_pub и сообщает, где найти root сертификаты. Путь зависит от операционной системы. Команда mosquitto_pub проверяет подпись сертификата сервера Mosquitto. Команды mosquitto_pub и mosquitto_sub не смогут создать SSL-соединение без этой опции (или её аналога —capath) даже с помощью стандартного порта 8883.
Если настройка выполнена правильно, во втором терминале появится сообщение «hello again». MQTT-сервер полностью готов к работе.

6: Поддержка веб-сокетов (опционально)

Для взаимодействия с jаvascript в браузерах в протокол MQTT была добавлена поддержка стандартных веб-сокетов.
Чтобы включить эту функцию, нужно добавить ещё один блок listener в настройки Mosqiutto:

nano /etc/mosquitto/conf.d/default.conf

Добавьте в конец файла:

. . .
listener 8083
protocol websockets
certfile /etc/letsencrypt/live/mqtt.example.com/cert.pem
cafile /etc/letsencrypt/live/mqtt.example.com/chain.pem
keyfile /etc/letsencrypt/live/mqtt.example.com/privkey.pem

Этот блок почти такой же, как предыдущие, он отличается только номером порта и строкой protocol websockets. У MQTT нет стандартного порта для поддержки веб-сокетов, но обычно для этого используется 8083.
Сохраните и закройте файл. Перезапустите Mosquitto:

systemctl restart mosquitto

Чтобы протестировать эту настройку, используйте открытый MQTT-клиент для браузера (например, mqtt-admin). Откройте mqtt-admin в браузере.
На экране появится окно настроек.
Заполните предложенные поля:

• Protocol: wss (что значит websocket secure).
• Host: домен сервера Mosquitto (например, mqtt.example.com).
• Port: 8083.
• User: имя пользователя Mosquitto (в данном случае 8host).
• Password: пароль.
• ClientId: можно оставить по умолчанию (mqtt-admin).

Нажмите Save Settings, после чего mqtt-admin подключится к серверу Mosquitto. В следующем окне укажите:

• Topic: test
• Payload: введите любое сообщение

Нажмите Publish. Сообщение должно появиться в терминале mosquitto_sub.

Заключение

Сервер MQTT установлен, защищен паролем и готов к работе. SSL-сертификат Let’s Encrypt шифрует трафик и автоматически обновляется. Теперь у вас есть надёжная платформа для обмена сообщениями.
С протоколом MQTT хорошо работают следующие программы:

• OwnTracks – открытое приложение геолокации, которое можно установить на телефон. Полученные данные можно переносить на карту, на их основе можно создавать предупреждения и настроить запуск компонентов интернета вещей.
• Node-RED – графический веб-интерфейс для настройки интернета вещей. Инструмент позволяет перенаправлять вывод одной ноды на ввод другой, фильтровать данные, применять разные протоколы и базы данных и многое другое.
• ESP8266 – недорогой wifi микроконтроллер с поддержкой MQTT. С его помощью вы можете следить за температурой, атмосферным давлением и т.п.