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Bedarfsgerechtes Erstellen und Bereitstellen von IoT Edge-Geräten mit einem TPM unter Linux

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Gilt für: yes icon IoT Edge 1.1

Wichtig

IoT Edge 1.1: Datum für das Supportende war der 13. Dezember 2022. Informationen zur Unterstützung für dieses Produkt, diesen Dienst, diese Technologie oder diese API finden Sie in der Microsoft Lifecycle-Richtlinie. Weitere Informationen zum Aktualisieren auf die neueste Version von IoT Edge finden Sie unter Update IoT Edge.

Dieser Artikel enthält Anleitungen für die automatische Bereitstellung eines Azure IoT Edge für Linux-Geräts mithilfe eines TPM (Trusted Platform Module). Sie können loT Edge-Geräte mit dem Azure loT Hub Device Provisioning Service (Gerätebereitstellungsdienst) automatisch bereitstellen. Wenn Sie mit dem Prozess der automatischen Bereitstellung nicht vertraut sind, lesen Sie die Übersicht zur Bereitstellung, bevor Sie den Vorgang fortsetzen.

In diesem Artikel werden zwei Methodiken beschrieben. Wählen Sie Ihre Präferenz basierend auf der Architektur Ihrer Lösung aus:

  • Automatische Bereitstellung eines Linux-Geräts mit physischer TPM-Hardware. Ein Beispiel ist der Infineon OPTIGA™ TPM SLB 9670.
  • Automatische Bereitstellung eines virtuellen Linux-Computers (Virtual Machine, VM) mit einem simulierten TPM, das auf einem Windows-Entwicklungscomputer mit aktiviertem Hyper-V ausgeführt wird. Wir empfehlen diese Methodik nur als Testszenario. Ein simuliertes TPM bietet nicht die gleiche Sicherheit wie ein physisches TPM.

Die Anleitungen unterscheiden sich je nach Ihrer Methodik. Sorgen Sie deshalb künftig dafür, dass die richtige Registerkarte angezeigt wird.

Aufgaben:

  1. Rufen Sie Bereitstellungsinformationen für Ihr TPM ab.
  2. Erstellen Sie eine individuelle Registrierung für Ihr Gerät in einer Instanz des IoT Hub Device Provisioning Service.
  3. Installieren Sie die IoT Edge-Runtime, und verbinden Sie das Gerät mit dem IoT-Hub.

Voraussetzungen

Cloudressourcen

  • Ein aktiver IoT-Hub
  • Eine Instanz des IoT Hub Device Provisioning Service (Gerätebereitstellungsdienst) in Azure, die mit Ihrem IoT-Hub verknüpft ist

Geräteanforderungen

Ein physisches Gerät, das das IoT Edge-Gerät sein soll.

Wenn Sie ein Gerätehersteller sind, beachten Sie die Anleitungen zum Integrieren eines TPM in den Herstellungsprozess.

Hinweis

TPM 2.0 ist erforderlich, wenn Sie den TPM-Nachweis beim Device Provisioning Service verwenden.

Wenn Sie ein TPM verwenden, können Sie nur individuelle Registrierungen des Device Provisioning Service erstellen, aber keine Gruppenregistrierungen.

Legen Sie Ihr Gerät fest

Wenn Sie ein physisches Linux-Gerät mit einem TPM verwenden, gibt es keine zusätzlichen Schritte zum Einrichten Ihres Geräts.

Sie können den Vorgang fortsetzen.

Abrufen von Bereitstellungsinformationen für Ihr TPM

In diesem Abschnitt erstellen Sie ein Tool, mit dem Sie die Registrierungs-ID und den Endorsement Key für Ihr TPM abrufen können.

  1. Melden Sie sich bei Ihrem Gerät an und führen Sie dann die Schritte unter Einrichten einer Linux-Entwicklungsumgebung aus, um das Azure IoT-Geräte-SDK für C zu installieren und zu erstellen.

  2. Führen Sie die folgenden Befehle zum Erstellen des SDK-Tools aus, das Ihre Gerätebereitstellungsinformationen für Ihr TPM abruft.

    cd azure-iot-sdk-c/cmake
cmake -Duse_prov_client:BOOL=ON ..
cd provisioning_client/tools/tpm_device_provision
make
sudo ./tpm_device_provision

  3. Im Ausgabefenster werden die Registrierungs-ID und der Endorsement Key des Geräts angezeigt. Kopieren Sie diese Werte zur späteren Verwendung, wenn Sie eine individuelle Registrierung für Ihr Gerät im Device Provisioning Service erstellen.

Nachdem Sie über Ihre Registrierungs-ID und Ihren Endorsement Key verfügen, können Sie den Vorgang fortsetzen.

Tipp

Wenn Sie nicht die TPM2-Softwaretools zum Abrufen der Bereitstellungsinformationen verwenden möchten, müssen Sie eine andere Möglichkeit zum Abrufen dieser Informationen finden. Der Endorsement Key, der bei jedem TPM-Chip eindeutig ist, wird von dem ihm zugeordneten TPM-Chiphersteller abgerufen. Sie können eine eindeutige Registrierungs-ID für Ihr TPM-Gerät ableiten. So können Sie beispielsweise wie oben gezeigt einen SHA-256-Hash des Endorsement Key erstellen.

Erstellen einer Registrierung für den Device Provisioning Service

Verwenden Sie die Bereitstellungsinformationen Ihres TPM, um eine individuelle Registrierung in Device Provisioning Service (DPS) zu erstellen.

Wenn Sie eine Registrierung in DPS erstellen, haben Sie die Möglichkeit, einen anfänglichen Gerätezwillingsstatus zu deklarieren. Im Gerätezwilling können Sie Tags zum Gruppieren von Geräten nach jeder beliebigen Metrik – z. B. Region, Umgebung, Speicherort oder Gerätetyp – festlegen, die in Ihrer Lösung verwendet wird. Diese Tags werden zum Erstellen von automatischen Bereitstellungen verwendet.

Tipp

Die Schritte in diesem Artikel beziehen sich auf das Azure-Portal. Sie können aber auch individuelle Registrierungen über die Azure CLI erstellen. Weitere Informationen finden Sie unter az iot dps-Registrierung. Verwenden Sie als Teil des CLI-Befehls das Flag edge-enabled (Edge-fähig), um anzugeben, dass die Registrierung für ein IoT Edge-Gerät gilt.

  1. Wechseln Sie im Azure-Portal zu Ihrer Instanz von IoT Hub Device Provisioning Service.

  2. Klicken Sie in Einstellungen auf Registrierungen verwalten.

  3. Wählen Sie Individuelle Registrierung hinzufügen aus, und führen Sie dann die folgenden Schritte zum Konfigurieren der Registrierung aus:

    1. Klicken Sie unter Mechanismus auf die Option TPM.

    2. Geben Sie den Endorsement Key und die Registrierungs-ID an, den bzw. die Sie von Ihrer VM oder Ihrem physischen Gerät kopiert haben.

    3. Geben Sie bei Bedarf eine ID für Ihr Gerät an. Wenn Sie keine Geräte-ID angeben, wird die Registrierungs-ID verwendet.

    4. Wählen Sie True aus, um zu deklarieren, dass Ihre VM oder Ihr physisches Gerät ein IoT Edge-Gerät ist.

    5. Wählen Sie die verknüpfte IoT Hub-Instanz, mit der Sie Ihr Gerät verbinden möchten, oder Link to new IoT Hub (Mit neuer IoT Hub-Instanz verknüpfen) aus. Sie können mehrere Hubs auswählen. Das Gerät wird dann je nach gewählter Zuweisungsrichtlinie einem dieser Hubs zugewiesen.

    6. Fügen Sie bei Bedarf einen Tagwert zu Anfänglicher Status von Gerätezwilling hinzu. Sie können mithilfe von Tags Gruppen von Geräten als Ziel für die Modulbereitstellung festlegen. Weitere Informationen finden Sie unter Bedarfsgerechtes Bereitstellen von IoT Edge-Modulen mithilfe des Azure-Portals.

    7. Wählen Sie Speichern.

Nachdem nun eine Registrierung für dieses Gerät vorhanden ist, kann die IoT Edge-Runtime das Gerät während der Installation automatisch bereitstellen.

Installieren von IoT Edge

In diesem Abschnitt bereiten Sie Ihre Linux-VM oder Ihr physisches Gerät für IoT Edge vor. Anschließend installieren Sie IoT Edge.

Führen Sie die folgenden Befehle aus, um das Paketrepository hinzuzufügen, und fügen Sie dann Ihrer Liste von vertrauenswürdigen Schlüsseln den Microsoft-Paketsignaturschlüssel hinzu.

Wichtig

Am 30. Juni 2022 wurde Raspberry Pi OS Stretch aus der Betriebssystem-Supportliste der Stufe 1 zurückgezogen. Wenn Sie potenzielle Sicherheitsrisiken vermeiden möchten, aktualisieren Sie Ihr Hostbetriebssystem auf Bullseye.

Die Installation kann mit einigen wenigen Befehlen erledigt werden. Öffnen Sie ein Terminal, und führen Sie die folgenden Befehle aus:

  • 20.04:

    wget https://packages.microsoft.com/config/ubuntu/20.04/packages-microsoft-prod.deb -O packages-microsoft-prod.deb
sudo dpkg -i packages-microsoft-prod.deb
rm packages-microsoft-prod.deb

  • 18.04:

    wget https://packages.microsoft.com/config/ubuntu/18.04/multiarch/packages-microsoft-prod.deb -O packages-microsoft-prod.deb
sudo dpkg -i packages-microsoft-prod.deb
rm packages-microsoft-prod.deb

Hinweis

Für Azure IoT Edge-Softwarepakete gelten die in jedem Paket (im Verzeichnis usr/share/doc/{package-name} oder LICENSE) enthaltenen Lizenzbedingungen. Lesen Sie die Lizenzbedingungen, bevor Sie ein Paket verwenden. Durch Ihre Installation und Verwendung eines Pakets erklären Sie Ihre Zustimmung zu diesen Bedingungen. Wenn Sie den Lizenzbedingungen nicht zustimmen, verwenden Sie das Paket nicht.

Installieren einer Containerengine

Azure IoT Edge basiert auf einer OCI-kompatiblen Containerruntime. Für Produktionsszenarien empfehlen wir die Verwendung der Moby-Engine. Die Moby-Engine ist die einzige Container-Engine, die offiziell von IoT Edge unterstützt wird. Docker CE/EE-Containerimages sind mit der Moby-Runtime kompatibel.

Installieren Sie die Moby-Engine.

sudo apt-get update; \
  sudo apt-get install moby-engine

Nachdem die Moby-Engine erfolgreich installiert wurde, konfigurieren Sie sie so, dass der local Protokollierungstreiber als Protokollierungsmechanismus verwendet wird. Weitere Informationen zur Protokollierungskonfiguration finden Sie in der Prüfliste zur Produktionsbereitstellung.

  • Erstellen oder öffnen Sie die Konfigurationsdatei des Docker-Daemons unter /etc/docker/daemon.json.

  • Legen Sie den Standardprotokollierungstreiber auf den Protokollierungstreiber local fest, wie im folgenden Beispiel gezeigt.

       {
      "log-driver": "local"
   }

  • Starten Sie die Container-Engine neu, damit die Änderungen wirksam werden.

    sudo systemctl restart docker

    Tipp

    Wenn beim Installieren der Moby-Container-Engine Fehler angezeigt werden, überprüfen Sie Ihren Linux-Kernel auf Moby-Kompatibilität. Einige Hersteller von eingebetteten Geräten stellen Geräteimages mit benutzerdefinierten Linux-Kernels bereit, denen die Funktionen für die Containerengine-Kompatibilität fehlen. Führen Sie den folgenden Befehl aus, der das von Moby bereitgestellte check-config-Skript verwendet, um die Kernelkonfiguration zu überprüfen:

    curl -ssl https://raw.githubusercontent.com/moby/moby/master/contrib/check-config.sh -o check-config.sh
chmod +x check-config.sh
./check-config.sh

    Überprüfen Sie in der Ausgabe des Skripts, ob alle Elemente unter Generally Necessary und Network Drivers aktiviert sind. Wenn Funktionen fehlen, aktivieren Sie diese, indem Sie Ihren Kernel aus der Quelle neu erstellen und die zugehörigen Module auswählen, die in die entsprechende Konfigurationsdatei für den Kernel eingebunden werden sollen. Gleiches gilt, wenn Sie einen Kernelkonfigurationsgenerator wie defconfig oder menuconfig verwenden: Suchen und aktivieren Sie die entsprechenden Funktionen, und erstellen Sie dann den Kernel dementsprechend neu. Sobald Sie Ihren neu bearbeiteten Kernel bereitgestellt haben, führen Sie das check-config-Skript erneut aus, um zu überprüfen, ob alle erforderlichen Funktionen erfolgreich aktiviert wurden.

Installieren der IoT Edge-Runtime

Der Daemon für IoT Edge-Sicherheit dient zum Bereitstellen und Einhalten von Sicherheitsstandards auf dem IoT Edge-Gerät. Der Daemon wird bei jedem Start gestartet und führt durch Starten der restlichen IoT Edge-Runtime einen Bootstrap für das Gerät aus.

Die in diesem Abschnitt beschriebenen Schritte stellen den typischen Prozess zum Installieren der neuesten Version auf einem Gerät dar, das über eine Internetverbindung verfügt. Wenn Sie eine bestimmte Version, z. B eine Vorabversion, installieren oder eine Offlineinstallation durchführen müssen, führen Sie die Schritte unter Offlineinstallation oder Installation einer bestimmten Version weiter unten in diesem Artikel aus.

Installieren Sie IoT Edge, Version 1.1.*, zusammen mit dem Paket libiothsm-std:

sudo apt-get update; \
  sudo apt-get install iotedge

Hinweis

IoT Edge, Version 1.1, ist der Branch für langfristigen Support von IoT Edge. Wenn Sie eine ältere Version ausführen, empfehlen wir, den neuesten Patch zu installieren oder darauf zu aktualisieren, da ältere Versionen nicht mehr unterstützt werden.

Bereitstellen des Geräts mit seiner Cloud-Identität

Nachdem die Runtime auf Ihrem Gerät installiert wurde, konfigurieren Sie es mit den Informationen, die es zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem Device Provisioning Service und IoT Hub verwendet.

  1. Ermitteln Sie Ihren ID-Bereich des Device Provisioning Service und die Registrierungs-ID des Geräts, die in zuvor erfasst wurden.

  2. Öffnen Sie die Konfigurationsdatei auf Ihrem IoT Edge-Gerät.

    sudo nano /etc/iotedge/config.yaml

  3. Suchen Sie den Abschnitt zur Bereitstellungskonfiguration der Datei. Heben Sie die Auskommentierung der Zeilen für die TPM-Bereitstellung auf, und vergewissern Sie sich, dass alle anderen Bereitstellungszeilen auskommentiert sind.

    Der Zeile provisioning: sollte kein Leerzeichen vorangestellt und geschachtelte Elemente sollten um zwei Leerzeichen eingerückt sein.

    # DPS TPM provisioning configuration
provisioning:
  source: "dps"
  global_endpoint: "https://global.azure-devices-provisioning.net"
  scope_id: "SCOPE_ID_HERE"
  attestation:
    method: "tpm"
    registration_id: "REGISTRATION_ID_HERE"

# always_reprovision_on_startup: true
# dynamic_reprovisioning: false

  4. Aktualisieren Sie die Werte scope_id und registration_id mit Ihrem Gerätebereitstellungsdienst und den Geräteinformationen. Der scope_id Wert ist der ID-Bereich auf der Übersichtsseite Ihrer Gerätebereitstellungsdienst-Instanz.

  5. Verwenden Sie optional die Zeilen always_reprovision_on_startup oder dynamic_reprovisioning, um das Verhalten bei der erneuten Bereitstellung Ihres Geräts zu konfigurieren. Wenn für ein Gerät die erneute Bereitstellung beim Start festgelegt wurde, wird es immer zuerst versuchen, mit DPS bereitzustellen, und bei einem Fehler auf die Bereitstellungssicherung zurückgreifen. Wurde für ein Gerät festgelegt, dass es sich selbst dynamisch erneut bereitstellt, werden IoT Edge (und alle Module) neu gestartet und erneut bereit gestellt, wenn ein Ereignis zur erneuten Bereitstellung erkannt wird (etwa, wenn das Gerät von einer IoT Hub-Instanz in eine andere verschoben wird). IoT Edge prüft insbesondere auf Fehler vom Typ bad_credential oder device_disabled des SDK, um das Ereignis zur erneuten Bereitstellung zu erkennen. Um dieses Ereignis manuell auszulösen, deaktivieren Sie das Gerät in IoT Hub. Weitere Informationen finden Sie unter IoT Hub Device-Konzepte für die erneute Bereitstellung.

  6. Speichern und schließen Sie die Datei.

Gewähren von IoT Edge-Zugriff für das TPM

Für die automatische Gerätebereitstellung benötigt die IoT Edge-Runtime Zugriff auf das TPM.

Sie können TPM-Zugriff auf die IoT Edge-Runtime gewähren, indem Sie die Systemeinstellungen überschreiben, sodass der Dienst iotedge über Stammrechte verfügt. Wenn Sie die Dienstberechtigungen nicht erhöhen möchten, können Sie auch die folgenden Schritte ausführen, um den TPM-Zugriff manuell bereitzustellen.

  1. Erstellen Sie eine neue Regel, damit die IoT Edge-Runtime Zugriff auf tpm0 und tpmrm0 erhält.

    sudo touch /etc/udev/rules.d/tpmaccess.rules

  2. Öffnen Sie die Regeldatei.

    sudo nano /etc/udev/rules.d/tpmaccess.rules

  3. Kopieren Sie die folgenden Informationen, in die Regeldatei. tpmrm0 ist unter Umständen nicht auf Geräten vorhanden, die eine ältere Kernel-Version als 4.12 verwenden. Geräte ohne tpmrm0 können diese Regel ignorieren.

    # allow iotedge access to tpm0
KERNEL=="tpm0", SUBSYSTEM=="tpm", OWNER="iotedge", MODE="0600"
KERNEL=="tpmrm0", SUBSYSTEM=="tpmrm", OWNER="iotedge", MODE="0600"

  4. Speicher und beende die Datei.

  5. Lösen Sie das udev-System aus, um die neue Regel auszuwerten.

    /bin/udevadm trigger --subsystem-match=tpm --subsystem-match=tpmrm

  6. Vergewissern Sie sich, dass die Regel erfolgreich angewendet wurde.

    ls -l /dev/tpm*

    Die erfolgreiche Ausgabe sieht wie folgt aus:

    crw------- 1 iotedge root 10, 224 Jul 20 16:27 /dev/tpm0
crw------- 1 iotedge root 10, 224 Jul 20 16:27 /dev/tpmrm0

    Wenn Sie nicht sehen, dass die richtigen Berechtigungen angewendet wurden, versuchen Sie, Ihren Computer neu zu starten, um udev zu aktualisieren.

  7. Starten Sie die IoT Edge-Runtime neu, damit alle am Gerät vorgenommenen Konfigurationsänderungen erfasst werden.

    sudo systemctl restart iotedge

Bestätigen einer erfolgreichen Installation

Wenn dies noch nicht geschehen ist, starten Sie die IoT Edge-Runtime neu, damit sie alle von Ihnen am Gerät vorgenommenen Konfigurationsänderungen erfasst.

sudo systemctl restart iotedge

Überprüfen Sie, ob die IoT Edge-Runtime ausgeführt wird.

sudo systemctl status iotedge

Untersuchen Sie die Daemonprotokolle.

journalctl -u iotedge --no-pager --no-full

Wenn Bereitstellungsfehler angezeigt werden, sind die Konfigurationsänderungen möglicherweise noch nicht wirksam. Starten Sie den IoT Edge-Daemon erneut.

sudo systemctl daemon-reload

Oder starten Sie Ihre VM erneut, um festzustellen, ob die Änderungen bei einem sauberen Start wirksam werden.

Wenn die Runtime erfolgreich gestartet wurde, können Sie zum IoT Hub wechseln und sehen, dass Ihr neues Gerät automatisch bereitgestellt wurde. Es ist jetzt bereit für die Ausführung von IoT Edge-Modulen.

Führen Sie ausgeführte Module auf.

iotedge list

Sie können überprüfen, ob die individuelle Registrierung, die Sie im Device Provisioning Service erstellt haben, verwendet wurde. Navigieren Sie im Azure-Portal zu Ihrer Device Provisioning-Service-Instanz. Öffnen Sie die Registrierungsdetails für die von Ihnen erstellte individuelle Registrierung. Beachten Sie, dass der Status der Registrierung Zugewiesen lautet und die Geräte-ID aufgeführt ist.

Nächste Schritte

Der Registrierungsprozess des Device Provisioning Service ermöglicht es Ihnen, die Geräte-ID und die Tags von Gerätezwillingen beim Bereitstellen des neuen Geräts festzulegen. Sie können diese Werte verwenden, um einzelne Geräte oder Gruppen von Geräten über die automatische Geräteverwaltung als Ziel festzulegen.

Weitere Informationen finden Sie unter „Bedarfsgerechtes Bereitstellen und Überwachen von IoT Edge-Modulen mithilfe des Microsoft Azure-Portals oder mithilfe der Azure CLI“.