Безпека в мережах IoT з використанням брокера MQTT з шифруванням

Abstract

Кваліфікаційна робота присвячена розробці та валідації системи безпечної взаємодії компонентів IoT. У першому розділі розглянуто критичні аспекти безпеки IoT пристроїв, включаючи аналіз протоколів шифрування TLS, SSL та DTLS. Показано численні вразливості IoT пристроїв та механізми підсилення за допомогою впровадження багатофакторної автентифікації, складних паролів, регулярного оновлення програмного забезпечення та шифрування даних. У другому розділі досліджено засоби забезпечення надійної взаємодії компонентів IoT системи з використанням мікроконтролерів ESP8266 для збору та передачі даних через MQTT-сервер. Охарактеризовано апаратні компоненти системи та описано програмну частину та характеристику брокера MQTT Mosquitto. Показано, що коректно налаштований MQTT брокер та оптимізований програмний код забезпечують безперебійну роботу системи. У третьому розділі зосереджено увагу на тестуванні безпеки протоколу MQTT з використанням TLS шифрування. Проведено аналіз мережевого трафіку, виявлено потенційні вразливості та налаштовано TLS шифрування для захисту з'єднань та автентифікації клієнтів і сервера. Внесено зміни в програмний код ESP8266 для використання TLS, що забезпечило захищену передачу даних між клієнтом і сервером. Тестування підтвердило ефективність налаштувань безпеки. The qualification work is devoted to the development and validation of a system for secure interaction of IoT components. The first chapter discusses critical aspects of IoT device security, including an analysis of TLS, SSL, and DTLS encryption protocols. Numerous vulnerabilities of IoT devices and mechanisms for strengthening them through the introduction of multi-factor authentication, complex passwords, regular software updates, and data encryption are shown. The second section investigates the means of ensuring reliable interaction of IoT system components using ESP8266 microcontrollers for collecting and transmitting data via the MQTT server. The hardware components of the system are characterized and the software part and characteristics of the MQTT Mosquito broker are described. It is shown that a correctly configured MQTT broker and optimized program code ensure the smooth operation of the system. The third section focuses on testing the security of the MQTT protocol using TLS encryption. The network traffic was analyzed, potential vulnerabilities were identified, and TLS encryption was configured to protect connections and authenticate clients and servers. Changes were made to the ESP8266 program code to use TLS, which ensured secure data transfer between the client and the server. Testing confirmed the effectiveness of the security settings.