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本文以Java代碼為示例，介紹基于CoAP協(xié)議的設(shè)備接入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

背景信息

CoAP協(xié)議適用于資源受限的低功耗設(shè)備，尤其是NB-IoT的設(shè)備。配置設(shè)備通過CoAP協(xié)議與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)連接并通信的說明，請(qǐng)參見CoAP連接通信。

重要目前僅華東2（上海）、華北2（北京）、華南1（深圳）地域支持設(shè)備通過CoAP通道接入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

配置設(shè)備通過CoAP協(xié)議接入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)時(shí)，需要填寫相應(yīng)的參數(shù)，計(jì)算設(shè)備端簽名，步驟較為復(fù)雜。為了便于您理解相關(guān)配置，本文提供基于Californium框架的接入示例代碼。本示例中，為保證數(shù)據(jù)安全，使用對(duì)稱加密。

若需使用C語言開發(fā)CoAP協(xié)議的設(shè)備接入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，請(qǐng)參見C Link SDK的CoAP接入示例。

準(zhǔn)備開發(fā)環(huán)境

本文使用Java開發(fā)環(huán)境如下：

操作系統(tǒng)：Windows10
JDK版本：JDK8
集成開發(fā)環(huán)境：IntelliJ IDEA社區(qū)版

操作步驟

打開IntelliJ IDEA，創(chuàng)建一個(gè)Maven工程。例如IotCoap-demo。

在工程中的pom.xml文件中，添加以下依賴，然后單擊Load Maven Changes圖標(biāo)，完成依賴包下載，引入Californium開源框架、Apache commons工具包和阿里云fastjson包。

<dependency>
  <groupId>org.eclipse.californium</groupId>
  <artifactId>californium-core</artifactId>
  <version>2.0.0-M17</version>
</dependency>
<dependency>
  <groupId>org.apache.commons</groupId>
  <artifactId>commons-lang3</artifactId>
  <version>3.5</version>
</dependency>
<dependency>
  <groupId>commons-codec</groupId>
  <artifactId>commons-codec</artifactId>
  <version>1.13</version>
</dependency>
<dependency>
  <groupId>com.alibaba</groupId>
  <artifactId>fastjson</artifactId>
  <version>1.2.83</version>
</dependency>

在工程IotCoap-demo的路徑/src/main/java下，創(chuàng)建Java類，輸入代碼。例如IotCoapClientWithAes.java，代碼內(nèi)容如下。

/*   
 * Copyright 2019 Alibaba. All rights reserved.
 */
import java.io.IOException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Set;
import java.util.SortedMap;
import java.util.TreeMap;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

import org.apache.commons.codec.DecoderException;
import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
import org.apache.commons.lang3.RandomUtils;
import org.eclipse.californium.core.CoapClient;
import org.eclipse.californium.core.CoapResponse;
import org.eclipse.californium.core.Utils;
import org.eclipse.californium.core.coap.CoAP;
import org.eclipse.californium.core.coap.CoAP.Code;
import org.eclipse.californium.core.coap.CoAP.Type;
import org.eclipse.californium.core.coap.MediaTypeRegistry;
import org.eclipse.californium.core.coap.Option;
import org.eclipse.californium.core.coap.OptionNumberRegistry;
import org.eclipse.californium.core.coap.OptionSet;
import org.eclipse.californium.core.coap.Request;
import org.eclipse.californium.elements.exception.ConnectorException;

import com.alibaba.fastjson.JSONObject;

/**
 * CoAP客戶端連接阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，基于eclipse californium開發(fā)。
 * 自主接入開發(fā)流程及參數(shù)填寫，請(qǐng)參見《CoAP連接通信》的使用對(duì)稱加密自主接入章節(jié)。
 */
public class IotCoapClientWithAes {

    // ===================需要用戶填寫的參數(shù)，開始。===========================
    // 地域ID，以華東2（上海）為例。
    private static String regionId = "cn-shanghai";
    // 產(chǎn)品productKey。
    private static String productKey = "您的設(shè)備productKey";
    // 設(shè)備名稱deviceName。
    private static String deviceName = "您的設(shè)備deviceName";
    // 設(shè)備密鑰deviceSecret。
    private static String deviceSecret = "您的設(shè)備deviceSecret";
    // ===================需要用戶填寫的參數(shù)，結(jié)束。===========================

    // 定義加密方式，MAC算法可選以下算法：HmacMD5、HmacSHA1，需與signmethod一致。
    private static final String HMAC_ALGORITHM = "hmacsha1";

    // CoAP接入地址，對(duì)稱加密端口號(hào)是5682。
    private static String serverURI = "coap://" + productKey + ".coap." + regionId + ".link.aliyuncs.com:5682";

    // 發(fā)送消息用的Topic。需要在控制臺(tái)自定義Topic，設(shè)備操作權(quán)限需選擇為“發(fā)布”。
    private static String updateTopic = "/" + productKey + "/" + deviceName + "/user/update";

    // token option
    private static final int COAP2_OPTION_TOKEN = 2088;
    // seq option
    private static final int COAP2_OPTION_SEQ = 2089;

    // 加密算法sha256。
    private static final String SHA_256 = "SHA-256";

    private static final int DIGITAL_16 = 16;
    private static final int DIGITAL_48 = 48;

    // CoAP客戶端。
    private CoapClient coapClient = new CoapClient();

    // token有效期7天，失效后需要重新獲取。
    private String token = null;
    private String random = null;
    @SuppressWarnings("unused")
    private long seqOffset = 0;

    /**
     * 初始化CoAP客戶端。
     * 
     * @param productKey，產(chǎn)品key。
     * @param deviceName，設(shè)備名稱。
     * @param deviceSecret ，設(shè)備密鑰。
     */
    public void connect(String productKey, String deviceName, String deviceSecret) {
        try {
            // 認(rèn)證uri，/auth。
            String uri = serverURI + "/auth";

            // 只支持POST方法。
            Request request = new Request(Code.POST, Type.CON);

            // 設(shè)置option。
            OptionSet optionSet = new OptionSet();
            optionSet.addOption(new Option(OptionNumberRegistry.CONTENT_FORMAT, MediaTypeRegistry.APPLICATION_JSON));
            optionSet.addOption(new Option(OptionNumberRegistry.ACCEPT, MediaTypeRegistry.APPLICATION_JSON));
            request.setOptions(optionSet);

            // 設(shè)置認(rèn)證uri。
            request.setURI(uri);

            // 設(shè)置認(rèn)證請(qǐng)求payload。
            request.setPayload(authBody(productKey, deviceName, deviceSecret));

            // 發(fā)送認(rèn)證請(qǐng)求。
            CoapResponse response = coapClient.advanced(request);
            System.out.println(Utils.prettyPrint(response));
            System.out.println();

            // 解析請(qǐng)求響應(yīng)。
            JSONObject json = JSONObject.parseObject(response.getResponseText());
            token = json.getString("token");
            random = json.getString("random");
            seqOffset = json.getLongValue("seqOffset");
        } catch (ConnectorException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 發(fā)送消息。
     * 
     * @param topic，發(fā)送消息的Topic。
     * @param payload，消息內(nèi)容。
     */
    public void publish(String topic, byte[] payload) {
        try {
            // 消息發(fā)布uri，/topic/${topic}。
            String uri = serverURI + "/topic" + topic;

            // AES加密seq，seq=RandomUtils.nextInt()。
            String shaKey = encod(deviceSecret + "," + random);
            byte[] keys = Hex.decodeHex(shaKey.substring(DIGITAL_16, DIGITAL_48));
            byte[] seqBytes = encrypt(String.valueOf(RandomUtils.nextInt()).getBytes(StandardCharsets.UTF_8), keys);

            // 只支持POST方法。
            Request request = new Request(CoAP.Code.POST, CoAP.Type.CON);

            // 設(shè)置option。
            OptionSet optionSet = new OptionSet();
            optionSet.addOption(new Option(OptionNumberRegistry.CONTENT_FORMAT, MediaTypeRegistry.APPLICATION_JSON));
            optionSet.addOption(new Option(OptionNumberRegistry.ACCEPT, MediaTypeRegistry.APPLICATION_JSON));
            optionSet.addOption(new Option(COAP2_OPTION_TOKEN, token));
            optionSet.addOption(new Option(COAP2_OPTION_SEQ, seqBytes));
            request.setOptions(optionSet);

            // 設(shè)置消息發(fā)布uri。
            request.setURI(uri);

            // 設(shè)置消息payload。
            request.setPayload(encrypt(payload, keys));

            // 發(fā)送消息。
            CoapResponse response = coapClient.advanced(request);
            System.out.println(Utils.prettyPrint(response));

            // 解析消息發(fā)送結(jié)果。
            String result = null;
            if (response.getPayload() != null) {
                result = new String(decrypt(response.getPayload(), keys));
            }
            System.out.println("payload: " + result);
            System.out.println();
        } catch (ConnectorException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (DecoderException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 生成認(rèn)證請(qǐng)求內(nèi)容。
     * 
     * @param productKey，產(chǎn)品key。
     * @param deviceName，設(shè)備名字。
     * @param deviceSecret，設(shè)備密鑰。
     * @return 認(rèn)證請(qǐng)求。
     */
    private String authBody(String productKey, String deviceName, String deviceSecret) {

        // 構(gòu)建認(rèn)證請(qǐng)求。
        JSONObject body = new JSONObject();
        body.put("productKey", productKey);
        body.put("deviceName", deviceName);
        body.put("clientId", productKey + "." + deviceName);
        body.put("timestamp", String.valueOf(System.currentTimeMillis()));
        body.put("signmethod", HMAC_ALGORITHM);
        body.put("seq", DIGITAL_16);
        body.put("sign", sign(body, deviceSecret));

        System.out.println("----- auth body -----");
        System.out.println(body.toJSONString());

        return body.toJSONString();
    }

    /**
     * 設(shè)備端簽名。
     * 
     * @param params，簽名參數(shù)。
     * @param deviceSecret，設(shè)備密鑰。
     * @return 簽名十六進(jìn)制字符串。
     */
    private String sign(JSONObject params, String deviceSecret) {

        // 請(qǐng)求參數(shù)按字典順序排序。
        Set<String> keys = getSortedKeys(params);

        // sign、signmethod、version、resources除外。
        keys.remove("sign");
        keys.remove("signmethod");
        keys.remove("version");
        keys.remove("resources");

        // 組裝簽名明文。
        StringBuffer content = new StringBuffer();
        for (String key : keys) {
            content.append(key);
            content.append(params.getString(key));
        }

        // 計(jì)算簽名。
        String sign = encrypt(content.toString(), deviceSecret);
        System.out.println("sign content=" + content);
        System.out.println("sign result=" + sign);

        return sign;
    }

    /**
     * 獲取JSON對(duì)象排序后的key集合。
     * 
     * @param json，需要排序的JSON對(duì)象。
     * @return 排序后的key集合。
     */
    private Set<String> getSortedKeys(JSONObject json) {
        SortedMap<String, String> map = new TreeMap<String, String>();
        for (String key : json.keySet()) {
            String value = json.getString(key);
            map.put(key, value);
        }
        return map.keySet();
    }

    /**
     * 使用HMAC_ALGORITHM加密。
     * 
     * @param content，明文。
     * @param secret，密鑰。
     * @return 密文。
     */
    private String encrypt(String content, String secret) {
        try {
            byte[] text = content.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
            byte[] key = secret.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
            SecretKeySpec secretKey = new SecretKeySpec(key, HMAC_ALGORITHM);
            Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
            mac.init(secretKey);
            return Hex.encodeHexString(mac.doFinal(text));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

    /**
     * SHA-256
     * 
     * @param str，待加密的報(bào)文。
     */
    private String encod(String str) {
        MessageDigest messageDigest;
        String encdeStr = "";
        try {
            messageDigest = MessageDigest.getInstance(SHA_256);
            byte[] hash = messageDigest.digest(str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            encdeStr = Hex.encodeHexString(hash);
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            System.out.println(String.format("Exception@encod: str=%s;", str));
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
        return encdeStr;
    }

    // AES加解密算法。
    private static final String IV = "543yhjy97ae7fyfg";
    private static final String TRANSFORM = "AES/CBC/PKCS5Padding";
    private static final String ALGORITHM = "AES";

    /**
     * key length = 16 bits
     */
    private byte[] encrypt(byte[] content, byte[] key) {
        return encrypt(content, key, IV);
    }

    /**
     * key length = 16 bits
     */
    private byte[] decrypt(byte[] content, byte[] key) {
        return decrypt(content, key, IV);
    }

    /**
     * aes 128 cbc key length = 16 bits
     */
    private byte[] encrypt(byte[] content, byte[] key, String ivContent) {
        try {
            SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(TRANSFORM);
            IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(ivContent.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, iv);
            return cipher.doFinal(content);
        } catch (Exception ex) {
            System.out.println(
                    String.format("AES encrypt error, %s, %s, %s", content, Hex.encodeHex(key), ex.getMessage()));
            return null;
        }
    }

    /**
     * aes 128 cbc key length = 16 bits
     */
    private byte[] decrypt(byte[] content, byte[] key, String ivContent) {
        try {
            SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(TRANSFORM);
            IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(ivContent.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, iv);
            return cipher.doFinal(content);
        } catch (Exception ex) {
            System.out.println(String.format("AES decrypt error, %s, %s, %s", Hex.encodeHex(content),
                    Hex.encodeHex(key), ex.getMessage()));
            return null;
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        IotCoapClientWithAes client = new IotCoapClientWithAes();
        client.connect(productKey, deviceName, deviceSecret);
        client.publish(updateTopic, "hello coap".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        client.publish(updateTopic, new byte[] { 0x01, 0x02, 0x03, 0x05 });
    }
}

配置相關(guān)參數(shù)，替換以下參數(shù)為實(shí)際值。


參數(shù)	說明
regionId	您的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)服務(wù)的地域代碼。您可在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)控制臺(tái)左上方，查看當(dāng)前服務(wù)所在地域。地域代碼的表達(dá)方法，請(qǐng)參見地域列表。
productKey	您在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)控制臺(tái)添加設(shè)備后，保存的設(shè)備證書信息。您可在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)控制臺(tái)的設(shè)備詳情頁面查看。
deviceName
deviceSecret
serverURI	CoAP接入地址。獲取方法，請(qǐng)參見查看實(shí)例終端節(jié)點(diǎn)。

運(yùn)行IotCoapClientWithAes.java程序。

運(yùn)行結(jié)果如下所示，設(shè)備認(rèn)證通過后，即可通信。

sign content=clientIda1****RK0.devicedeviceNamedeviceproductKeya1OX****K0seq16timestamp1658909565141
sign result=7f3b76dc21e7******fec424838d1858
----- auth body -----
{"clientId":"a1OXp8sXRK0.device","signmethod":"hmacsha1","sign":"7f3b76dc21e7******fec424838d1858","productKey":"a1OX****K0","deviceName":"device","seq":16,"timestamp":"1658909565141"}
==[ CoAP Response ]============================================
MID    : 37682
Token  : 6E1F******6B91
Type   : ACK
Status : 2.05 - CONTENT
Options: {}
RTT    : 116 ms
Payload: 85 Bytes
---------------------------------------------------------------
{"random":"a25******6d44","seqOffset":1,"token":"mnx4OF0b******R000000.5ac7"}
===============================================================

==[ CoAP Response ]============================================
MID    : 37683
Token  : AC60******106E7
Type   : ACK
Status : 2.05 - CONTENT
Options: {"Unknown (2090)":0x158a******6aa00}
RTT    : 118 ms
Payload: 0 Bytes
===============================================================
payload: null

==[ CoAP Response ]============================================
MID    : 37684
Token  : AA9******EFCC
Type   : ACK
Status : 2.05 - CONTENT
Options: {"Unknown (2090)":0x158a******f600}
RTT    : 103 ms
Payload: 0 Bytes
===============================================================
payload: null

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CoAP客戶端對(duì)稱加密接入示例

背景信息

準(zhǔn)備開發(fā)環(huán)境

操作步驟