物联网安全之MQTT协议安全

MQTT 全称为 Message Queuing Telemetry Transport（消息队列遥测传输）是是ISO 标准(ISO/IEC PRF 20922)下基于发布/订阅范式的消息协议，由 IBM 发布。由于其轻量、简单、开放和易于实现的特点非常适合需要低功耗和网络带宽有限的IoT场景。比如遥感数据、汽车、智能家居、智慧城市、医疗医护等。

MQTT协议

MQTT协议为大量计算能力有限，低带宽、不可靠网络等环境而设计，其应用非常广泛。目前支持的服务端程序也较丰富，其PHP，JAVA，Python，C，C#等系统语言也都可以向MQTT发送相关消息。目前最新的版本为5.0版本，可以在https://github.com/mqtt/mqtt.github.io/wiki/servers 这个连接中看到支持MQTT的服务端软件。其中hivemq中提到针对汽车厂商的合作与应用，在研究过程中会发现有汽车行业应用了MQTT协议。

以下列举我们关心的几项：

使用发布/订阅的消息模式，支持一对多的消息发布；
消息是通过TCP/IP协议传输；
简单的数据包格式；
默认端口为TCP的1883，websocket端口8083，默认消息不加密。8883端口默认是通过TLS加密的MQTT协议。

发布/订阅模式

MQTT协议中有三种角色和一个主要概念，三种角色分别是发布者（PUBLISHER）、订阅者（SUBCRIBER）、代理（BROKER），还有一个主要的概念为主题（TOPIC）。

消息的发送方被称为发布者，消息的接收方被称为订阅者，发送者和订阅者发布或订阅消息均会连接BROKER，BROKER一般为服务端，BROKER存放消息的容器就是主题。发布者将消息发送到主题中，订阅者在接收消息之前需要先“订阅主题”。每份订阅中，订阅者都可以接收到主题的所有消息。

其MQTT协议流程图如下：

这里不对协议进行过多介绍，感兴趣的大家可以结尾处的引用查看。

MQTT的攻击点

根据其特性，可以扩展如下几个攻击点：

授权：匿名连接问题，匿名访问则代表任何人都可以发布或订阅消息。如果存在敏感数据或指令，将导致信息泄漏或者被恶意攻击者发起恶意指令；
传输：默认未加密，则可被中间人攻击。可获取其验证的用户名和密码；
认证：弱口令问题，由于可被爆破，设置了弱口令，同样也会存在安全风险；
应用：订阅端明文配置导致泄漏其验证的用户名和密码；
漏洞：服务端软件自身存在缺陷可被利用，或者订阅端或服务端解析内容不当产生安全漏洞，这将导致整个系统。

MQTT的利用

目前已经有针对MQTT的开源利用工具，这里主要以mqtt-pwn这块工具为主。mqtt-pwn这块工具功能强大易用。github地址为https://github.com/akamai-threat-research/mqtt-pwn，使用文档地址为https://mqtt-pwn.readthedocs.io/en/latest/。

工具安装
mqtt-pwn的安装很简单。可以直接安装到本机，也可以直接使用docker的方式。
文本直接使用docker方式。首先确保已经安装docker和docker-compose。然后运行如下命令进行安装:

git clone https://github.com/akamai-threat-research/mqtt-pwn.git
cd mqtt-pwn
docker-compose up --build --detach

运行：

docker-compose ps
docker-compose run cli

即可看到mqtt-pwn的界面。

MQTT匿名访问
有一些MQTT的服务端软件默认是开启匿名访问，如果管理员没有网络安全意识或懒惰，只要对公网开放，任何人都可以直接访问。

使用mqtt-pwn的connect命令进行连接。connect -h 显示帮助信息，其他命令也是如此，使用时，多看帮助和文档，很快就可以熟悉使用。
对于开启匿名的服务，直接connect -o host 即可，当然该命令也支持输入用户名和密码。如果没有显示连接异常，就表示连接成功。连接成功后，可使用system_info 查看系统信息。

接下来就可以查看topic信息等内容。这时先执行discovery，等待显示scan #1 has finished，接下来执行scans -i 序号，在执行topics命令即可看到topic信息。其中disconvery可以使用-t参数设置超时时间。topics命令可以使用-l参数设置查看条数。

可以输入messages查看topic的内容。使用-l限制条数，-i参数查看某个单挑消息内容等。

MQTT用户名密码爆破
metasploit带有MQTT的爆破模块，经过实际测试，效果并不理想。这里仍然以mqtt-pwn来进行介绍。
mqtt-pwn具有bruteforce功能，并带了一个简单的字典，可以爆破MQTT的用户名和密码。

bruteforce --host host --port -uf user_dic -pf pass_dic

端口默认是1883，用户和密码字典默认会在mqtt-pwn的resources/wordlists 文件夹下。

例如执行bruteforce --host 127.0.0.1爆破。爆破成功后就可以使用上面将到的内容进行连接进行操作，在连接时加上用户名和密码选项即可。

mqtt-pwn还支持更多功能，如Owntracks (GPS Tracker)、Sonoff Exploiter等。感兴趣的大家自己去看下文档去进行测试。

应用中发现
在实际的使用场景我们可以通过中间人劫持从流量中捕获验证信息。以下为wireshark抓包内容。

除此之外，由于目前多种语言实现了mqtt的客户端，web应用中还有webscoket的mqtt。这使得可以通过web的网页源码或网络请求获得验证的信息。

服务端漏洞
这里列举一些历史上MQTT的漏洞供参考。

探测与发现

功能强大的nmap是支持MQTT协议的识别的，可以直接通过nmap进行识别MQTT协议。另外，除上面提到的默认端口外，有的管理员会修改默认端口，这时也可以尝试1884，8084，8884等临近端口以进行快速探测，或前面增加数字等作为组合，如果针对单个目标，则可以探测全部端口。如果进行大规模的扫描或者提升扫描效率，则可以使用masscan、zmap、RustScan等先进性端口扫描，在使用nmap进行协议识别即可。
nmap举例命令如下：
sudo nmap -p1883,8083,8883 -sS -sV --version-intensity 9 -Pn --open target_ip

nmap也有相关的MQTT lua脚本可以使用，其MQTT版本为3.1.1。脚本地址为https://svn.nmap.org/nmap/nselib/mqtt.lua。

如果想要自己编写代码去进行探测，只需要根据MQTT的协议标准，通过socket即可进行收发报文。关于MQTT协议的详细内容可以查看文档，地址为https://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/

现有的网络空间测绘平台基本都实现了对MQTT进行探测。可直接通过这些搜索引擎获取大量对外使用MQTT协议的服务。

知风
在针对IoT和ICS探测的搜索引擎知风中搜索，直接搜索mqtt关键字，可以发现15万个对外开放的服务。
fofa
搜索关键字为protocol=mqtt，一年内有25万个对外开放。

shodan
搜索关键字：
product:"MQTT"
product:"Mosquitto"

shodan上搜索后共有超过11万个对外开放。

通过以上的搜索结果，各引擎各有优劣。shodan和知风针对该协议的探测均会列出topic；而fofa从发现数量上最多，但是仅识别了协议，并未列出topic；除此之外知风系统的地理位置定位精度较高，可以定位百米范围内。

mqtt 安全建议

请勿启用匿名访问，对服务端（BROKER）设置认证，增加用户名密码验证。
根据实际情况，优先使用加密传输数据，防止中间人攻击。
加密payload后在进行安全传输。
使用最新的服务端程序架设服务。
不要将实现的代码上传到github等代码公开平台。

小结

写这篇文章时，网络上关于MQTT安全的文章并不多，但是通过对其了解，仍然有不少内容可以探索，比如在工业上有MQTT网关，以及众多支持MQTT的服务端软件、加上广泛的应用场景。本文简单介绍MQTT安全的内容，还有更多的内容等待探索。感兴趣的朋友也欢迎大家多多交流讨论。

最后，提醒一下大家，在学习和研究过程中自己搭建服务进行学习。请勿对网络上的目标进行测试、破坏等活动。

引用

https://dzone.com/articles/exploiting-mqtt-using-lua
https://www.hindawi.com/journals/wcmc/2018/8261746/
https://github.com/akamai-threat-research/mqtt-pwn
https://morphuslabs.com/hacking-the-iot-with-mqtt-8edaf0d07b9b
https://book.hacktricks.xyz/pentesting/1883-pentesting-mqtt-mosquitto
https://hackmd.io/@QwmL8PAwTx-bYDnry-ONpA/H1nm2tHzb?type=view
https://ttm4175.iik.ntnu.no/prep-iot-mqtt.html
https://mobilebit.wordpress.com/tag/mqtt/
https://www.hivemq.com/blog/seven-best-mqtt-client-tools/
https://nmap.org/nsedoc/lib/mqtt.html
http://mqtt.p2hp.com/