CoAP客户端对称加密接入示例

背景信息

CoAP协议适用于资源受限的低功耗设备，尤其是NB-IoT的设备。配置设备通过CoAP协议与物联网平台连接并通信的说明，请参见CoAP连接通信。

配置设备通过CoAP协议接入物联网平台时，需要填写相应的参数，计算设备端签名，步骤较为复杂。为了便于您理解相关配置，本文提供基于Californium框架的接入示例代码。本示例中，为保证数据安全，使用对称加密。

开发环境

本文使用Java开发环境：

• 操作系统：Windows10
• JDK版本：JDK8
• 集成开发环境：IntelliJ IDEA社区版

pom.xml配置

在pom.xml文件中，添加以下依赖，引入Californium开源框架、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>1.2.61</version>
</dependency>

示例代码

/*   
 * 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客户端连接阿里云物联网平台，基于eclipse californium开发。
 * 自主接入开发流程及参数填写，请参见《CoAP连接通信》的使用对称加密自主接入章节。
 */
public class IotCoapClientWithAes {

    // ===================需要用户填写的参数，开始。===========================
    // 地域ID，以华东2（上海）为例。
    private static String regionId = "cn-shanghai";
    // 产品productKey。
    private static String productKey = "您的设备productKey";
    // 设备名成deviceName。
    private static String deviceName = "您的设备deviceName";
    // 设备密钥deviceSecret。
    private static String deviceSecret = "您的设备deviceSecret";
    // ===================需要用户填写的参数，结束。===========================

    // 定义加密方式，MAC算法可选以下算法：HmacMD5、HmacSHA1，需与signmethod一致。
    private static final String HMAC_ALGORITHM = "hmacsha1";

    // CoAP接入地址，对称加密端口号是5682。
    private static String serverURI = "coap://" + productKey + ".coap." + regionId + ".link.aliyuncs.com:5682";

    // 发送消息用的Topic。需要在控制台自定义Topic，设备操作权限需选择为“发布”。
    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客户端。
    private CoapClient coapClient = new CoapClient();

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

    /**
     * 初始化CoAP客户端。
     * 
     * @param productKey，产品key。
     * @param deviceName，设备名称。
     * @param deviceSecret ，设备密钥。
     */
    public void connect(String productKey, String deviceName, String deviceSecret) {
        try {
            // 认证uri，/auth。
            String uri = serverURI + "/auth";

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

            // 设置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);

            // 设置认证uri。
            request.setURI(uri);

            // 设置认证请求payload。
            request.setPayload(authBody(productKey, deviceName, deviceSecret));

            // 发送认证请求。
            CoapResponse response = coapClient.advanced(request);
            System.out.println(Utils.prettyPrint(response));
            System.out.println();

            // 解析请求响应。
            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();
        }
    }

    /**
     * 发送消息。
     * 
     * @param topic，发送消息的Topic。
     * @param payload，消息内容。
     */
    public void publish(String topic, byte[] payload) {
        try {
            // 消息发布uri，/topic/