爱星物联IoT平台如何保障千万级设备安全连接上云？
作为一个面向智能家电的物联网基础平台，支持大量设备接入、同时在线，满足大量C端用户的注册和使用，这是平台需要满足的最基本要求。一般来说，随着产品品类的增加、智能设备出货量的增加，平台的设备接入量、用户量也都是持续增长的。因此，平台也必须支持水平扩展，能够在不影响系统现有设备和用户的情况下，满足这种持续增长的要求。
爱星物联IoT云平台定位为面向智能家电各细分领域的物联网基础平台，在接入量、用户量、水平扩展方面，自然也是支持的。但当设备突破千万甚至达到亿级时，这对于一个loT平台来说，是一个不小的技术挑战，爱星物联IoT云平台是如何保证海量设备快速安全接入呢？
接下来笔者会给大家一一详解爱星物联IoT云平台的业务核心技术。
目前平台对外主要提供Web端与App端
管理平台Web端
面向平台运营用户和设备/App开发者，主要以硬件厂商与品牌商为主。通过Web端的云管平台与开放平台，为企业提供产品开发、OEM App开发、用户和设备数据管理等。
移动端App
面向大量的设备使用者，也就是C端消费者，通过App对设备进行智能控制、管理以及查看运行日志等。
也就是说，爱星物联loT云平台为企业提供了产品快速智能化与市场运营一站式技术服务。
爱星物联loT云平台原理如下
智能设备（香薰机、加湿器、扫地机器人等）的开发，在硬件方面，需要集成爱星物联的IoT通讯模组，比如WIFI模组、蓝牙-WIFI双模模组等，实现设备联网接入云端。在软件方面，需要集成跟通讯模组配套提供的MCU SDK，以便实现数据和指令的上下行、应用端的数据交互。在MCU开发时，开发者集成通讯模组的SDK，实现其中预定义的产品功能，以及与业务对应的采集和控制逻辑，即可实现设备的数据上行和指令接收处理。
爱星物联IoT云平台，涵盖产品开发、OEM App开发、设备管理、设备接入服务、数据统计分析、App和云端API等核心功能。其中，设备接入服务负责设备MQTT连接认证、MQTT消息鉴权、MQTT消息转发等核心功能。这块由多个服务组成，也是接下来要着重介绍的主要内容。
平台设备接入技术示意图
智能设备，通过配置的域名，会解析到位于云端的某台MQTT负载均衡服务器IP。智能设备与MQTT负载均衡服务建立MQTT TLS连接，负载均衡服务会进行TLS证书认证，确保建立TLS连接的设备是通过是本平台信任的设备。如果智能设备的证书错误，会在此终止MQTT连接，不再将MQTT连接请求路由到后边的MQTT集群。当TLS认证通过后，MQTT负载均衡服务再根据配置的分发算法，自动选择对应的MQTT Broker服务，并建立MQTT连接，实现后端的数据上行和指令下行。MQTT负载均衡服务确保每台MQTT Broker服务的负载是相对较为均衡的。
云端方面，各个MQTT Broker节点内部，各个节点对等，无主从节点之分，无中心节点。所有节点与集群中的其它节点均保持TCP连接，实时同步客户端会话信息和订阅关系。
容错性方面，当某节点因异常离开集群，集群其它节点能感知该节点异常，负载均衡服务也能感知异常，从而避免继续给该节点分发请求。扩展性方面，当增加一台MQTT Broker节点后，需要将其加入到集群中，并在负载均衡服务上增加该服务的配置，以便后续请求分发给该服务。这就是水平扩展的方式，通过这种减少或增加节点的方式，满足设备接入量持续增长的需求。
笔者用一张图给大家展示一下，当某个节点出现故障时，整个工作流是如何智能进行的。
假设初始时MQTT集群有A、B、C共3个MQTT节点，其中节点A开始出现故障，MQTT连接会异常终止，智能设备感知到连接终止，关闭旧的连接；节点B、节点C和MQTT负载均衡服务也同时感知到节点A出现故障，负载均衡服务会断开到节点A的连接，同时会定时探测节点A是否恢复正常。节点B和节点C则出现状态同步异常，并继续尝试建立连接和同步。智能设备断开旧的连接后，会重新发起新的MQTT连接，设备新建的连接会被负载均衡服务路由到其它正常节点，如图中的节点B，智能设备继续可以通过节点B进行数据与指令上下行，整个切换过程完全自动。故障出现到被感知并重连，时间间隔很短，如果不是高频控制设备，用户几乎无感知。
近年来，安全问题频发，物联网平台一旦发生重大安全问题，影响范围相当广泛。
面向C端用户的物联网平台，其接入服务需要在公网上运行，对外开放了公网端口，以便分布在全球各地的设备和App实行数据上行、指令下行等功能。公网的网络环境复杂。因此，安全这块也是物联网平台需要重点考虑的板块。
安全方面，其中涉及到设备这块的，主要包括传输安全、接入认证、操作鉴权。
传输安全
智能设备通过MQTT Over TLS与云端MQTT负载均衡服务建立加密连接进行传输。
TLS需要服务证书，爱星物联IoT云平台的TLS证书目前采用自签名证书，预先内置到IoT通讯模组，该证书单向认证服务器的服务，即对服务器的MQTT接入服务进行认证，确保设备连接的对端服务是正确的、并且没有被非法纂改的服务。认证通过之后，交换了对称密钥，该连接上的所有数据传输，均会自动加密，传输过程中的数据即为加密数据。网络上的攻击者，如果没有私钥证书的话，传输的数据无法被解密，也无法被纂改。这样就确保了数据传输的安全。
设备认证
除了设备要认证MQTT服务的真实身份外，MQTT服务也要对设备的身份进行认证。
爱星物联IoT云平台采用“一机一密”方案，预先在平台中生成三元组信息，包括deviceKey、userName、password等，将三元组信息烧录进IoT通讯模组中，后续IoT通讯模组利用该三元组信息作为身份信息，在建立MQTT连接时上报至MQTT服务，MQTT服务验证三元组的有效性。设备的三元组信息若是合法有效的，MQTT服务允许设备建立MQTT连接进行后续数据收发。如果被判定是无效的，则连接被拒绝，连接被MQTT服务主动断开，无法进行后续的数据收发。
设备鉴权
当设备认证通过后，设备和MQTT服务建立了长连接。假设设备不做鉴权，那么设备在工作过程中可能会出现乱发指令，或者订阅不恰当的主题数据。这就需要MQTT消息主题topic的权限控制了。
大多数MQTT服务，都提供topic ACL控制功能，爱星物联IoT云平台也不例外。MQTT服务针对App和设备的topic都做了点对点的权限控制，设备发布与订阅对应的topic消息，均已经进行了细粒度的权限控制。设备发布topic消息到MQTT服务后，MQTT服务调用鉴权服务API进行鉴权，如果鉴权通过，则放行该消息；如果鉴权失败，则阻止发布该消息。同样，设备订阅的topic也是一样，也执行类似的鉴权过程。
当然，物联网设备接入和安全相关的内容，远远不止这些。爱星物联loT云平台的技术详解笔者会在后面逐步介绍，欢迎各位开发者来免费体验我们的云平台！