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使用 X.509 憑證在 Linux 上大規模地建立和佈建 IoT Edge 裝置

  • 文章

適用於： IoT Edge 1.5 核取記號 IoT Edge 1.5 IoT Edge 1.4 核取記號 IoT Edge 1.4

重要

IoT Edge 1.5 LTS 和 IoT Edge 1.4 LTS 為支援的版本。 IoT Edge 1.4 LTS 於 2024 年 11 月 12 日結束生命週期。 如果您是舊版，請參閱更新 IoT Edge。

本文提供使用 X.509 憑證自動佈建一或多個 Linux IoT Edge 裝置的端對端指示。 您可以使用 Azure IoT 中樞裝置佈建服務 (DPS) 自動佈建 Azure IoT Edge 裝置。 如果您不熟悉自動佈建程序，請先檢閱佈建概觀，再繼續作業。

工作如下所示：

  1. 產生憑證和金鑰。
  2. 建立單一裝置的個別註冊或建立一組裝置的群組註冊。
  3. 安裝 IoT Edge 執行階段，並使用 IoT 中樞來註冊裝置。

使用 X.509 憑證作為證明機制，是調整生產環境規模並簡化裝置佈建的絕佳方式。 X.509 憑證通常會配置在憑證信任鏈結中。 從自我簽署或受信任的根憑證開始，鏈結中的每個憑證都會簽署下一個較低的憑證。 此模式會透過每個中繼憑證，從根憑證到裝置上安裝的最終下游裝置憑證，建立委派的信任鏈結。

提示

如果您的裝置具有硬體安全模組 (HSM)，例如 TPM 2.0，則建議您安全地將 X.509 金鑰儲存在 HSM 中。 深入了解如何使用此藍圖和 iotedge-tpm2cloud 範例，實作大規模零觸碰佈建。

必要條件

雲端資源

  • 使用中的 IoT 中樞
  • Azure 中的 IoT 中樞裝置佈建服務執行個體，其與您的 IoT 中樞連結

裝置需求

要成為 IoT Edge 裝置的實體或虛擬 Linux 裝置。

產生裝置身分識別憑證

裝置身分識別憑證是下游裝置憑證，可透過信任的憑證鏈結連線到最高 X.509 憑證授權單位 (CA) 憑證。 裝置身分識別憑證的通用名稱 (CN) 必須設定為您想要裝置在 IoT 中樞內擁有的裝置識別碼。

裝置身分識別憑證只能用於佈建 IoT Edge 裝置以及向 Azure IoT 中樞驗證裝置。 它們不是簽署憑證，而且與 IoT Edge 裝置向模組或下游裝置呈現以進行驗證的 CA 憑證不同。 如需詳細資訊，請參閱 Azure IoT Edge 憑證使用方式詳細資料。

建立裝置身分識別憑證之後，您應該會有兩個檔案：包含憑證公開部分的 .cer 或 .pem 檔案，以及具有憑證私密金鑰的 .cer 或 .pem 檔案。 如果您打算在 DPS 中使用群組註冊，則還需要相同憑證信任鏈結內中繼憑證或根 CA 憑證的公開部分。

您需要下列檔案，才能設定使用 X.509 進行自動佈建：

  • 裝置身分識別憑證及其私密金鑰憑證。 如果您建立個別註冊，裝置身分識別憑證會上傳至 DPS。 私密金鑰會傳遞至 IoT Edge 執行階段。
  • 完整鏈結憑證，其中至少應具有裝置身分識別和中繼憑證。 完整鏈結憑證會傳遞至 IoT Edge 執行階段。
  • 來自憑證信任鏈結的中繼憑證或根 CA 憑證。 如果您建立群組註冊，則此憑證會上傳至 DPS。

使用測試憑證 (選擇性)

如果您沒有可用來建立新身分識別憑證的憑證授權單位，卻又想要試用此案例，Azure IoT Edge git 存放庫中有包含可用來產生測試憑證的指令碼。 這些憑證僅設計來供您進行開發測試之用，不得用於生產環境。

若要建立測試憑證，請遵循建立示範憑證來測試 IoT Edge 裝置功能中的步驟。 完成兩個必要區段來設定憑證產生指令碼，以及建立根 CA 憑證。 然後，遵循步驟來建立裝置身分識別憑證。 完成後，您應該會有下列憑證鏈結和金鑰組：

  • <WRKDIR>/certs/iot-edge-device-identity-<name>-full-chain.cert.pem
  • <WRKDIR>/private/iot-edge-device-identity-<name>.key.pem

您的 IoT Edge 裝置上需要同時有這兩個憑證。 如果您要在 DPS 中使用個別註冊，則請上傳 .cert.pem 檔案。 如果您要在 DPS 中使用群組註冊，則還需要相同憑證信任鏈結內的中繼憑證或根 CA 憑證以供上傳。 如果您使用示範憑證，請在群組註冊中使用 <WRKDIR>/certs/azure-iot-test-only.root.ca.cert.pem 憑證。

建立 DPS 註冊

使用您所產生的憑證和金鑰，以在 DPS 中為一或多個 IoT Edge 裝置建立註冊。

如果您想要佈建單一 IoT Edge 裝置，則請建立「個別註冊」。 如果您需要佈建多個裝置，則請遵循建立 DPS「群組註冊」的步驟。

在 DPS 中建立註冊時，您就有機會宣告初始裝置對應項狀態。 在裝置對應項中，您可以根據解決方案中需要的任何計量 (例如區域、環境、位置或裝置類型) 來設定標記，進而將裝置分組。 這些標記會用來建立自動部署。

如需裝置佈建服務中的註冊詳細資訊，請參閱如何管理裝置註冊。

建立 DPS 個別註冊

個別註冊會採用裝置身分識別憑證的公開部分，並將這個部分與裝置上的憑證進行比對。

提示

本文中的步驟適用於 Azure 入口網站，但您也可以使用 Azure CLI 建立個別註冊。 如需詳細資訊，請參閱 az iot dps 註冊。 CLI 命令中會使用「啟用 Edge」旗標來指定 IoT Edge 裝置的註冊。

  1. 在 Azure 入口網站中，導覽至 IoT 中樞裝置佈建服務的執行個體。

  2. 在 [設定] 下方，選取 [管理註冊]。

  3. 選取 [新增個別註冊]，然後完成下列步驟以設定註冊：

    • 機制：選取 [X.509]。

    • 主要憑證 .pem 或 .cer 檔案：上傳裝置身分識別憑證中的公開檔案。 如果您使用指令碼來產生測試憑證，請選擇下列檔案：

      <WRKDIR>\certs\iot-edge-device-identity-<name>.cert.pem

    • IoT 中樞裝置識別碼：視需要提供裝置的識別碼。 您可以使用裝置識別碼，將個別裝置設為模組部署的目標。 如果您未提供裝置識別碼，則系統會使用 X.509 憑證中的通用名稱 (CN)。

    • IoT Edge 裝置：選取 [True] 以宣告註冊適用於 IoT Edge 裝置。

    • 選取可作為此裝置指派目標的 IoT 中樞：選擇您要將裝置連線到的已連結 IoT 中樞。 您可以選擇多個中樞，然後系統會根據所選取的配置原則，將裝置指派給其中一個中樞。

    • 初始裝置對應項狀態：視需要新增要新增至裝置對應項的標記值。 您可以使用標記，以將裝置群組設定為自動部署的目標。 例如：

      {
    "tags": {
       "environment": "test"
    },
    "properties": {
       "desired": {}
    }
}

  4. 選取 [儲存]。

在 [管理註冊] 下，您可以看到剛建立的註冊所擁有的 [註冊識別碼]。 記下此識別碼，以在佈建裝置時使用。

現在此裝置已有註冊，因此 IoT Edge 執行階段可以在安裝期間自動佈建此裝置。

安裝 IoT Edge

在本節中，您將為 IoT Edge 準備 Linux 虛擬機器或實體裝置。 然後，您會安裝 IoT Edge。

執行下列命令以新增套件存放庫，然後將 Microsoft 套件簽署金鑰新增至信任金鑰的清單。

重要

在 2022 年 6 月 30 日，已從第 1 層作業系統支援清單中淘汰 Raspberry Pi OS Stretch。 若要避免潛在的安全性弱點，請將主機作業系統更新為 Bullseye。

對於第 2 層支援的平台作業系統，Azure IoT Edge 版本會提供安裝套件。 請參閱離線或特定版本安裝中的安裝步驟。

您可以使用幾個命令來完成安裝。 開啟終端機，然後執行下列命令：

  • 24.04：

    wget https://packages.microsoft.com/config/ubuntu/24.04/packages-microsoft-prod.deb -O packages-microsoft-prod.deb
sudo dpkg -i packages-microsoft-prod.deb
rm packages-microsoft-prod.deb

  • 22.04：

    wget https://packages.microsoft.com/config/ubuntu/22.04/packages-microsoft-prod.deb -O packages-microsoft-prod.deb
sudo dpkg -i packages-microsoft-prod.deb
rm packages-microsoft-prod.deb

  • 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

如需作業系統版本的詳細資訊，請參閱 Azure IoT Edge 支援的平台。

注意

使用 Azure IoT Edge 軟體套件時，必須遵守每個封裝中的授權條款 (usr/share/doc/{package-name} 或 LICENSE 目錄)。 在使用套件之前，請先閱讀授權條款。 安裝及使用套件即表示接受這些授權條款。 如果您不同意授權條款，請勿使用該套件。

安裝容器引擎

Azure IoT Edge 會依賴 OCI 相容的容器執行階段。 針對實際執行案例，建議使用 Moby 引擎。 Moby 引擎是 IoT Edge 正式支援的唯一容器引擎。 Docker CE/EE 容器映像與 Moby 執行階段相容。 如果您使用 Ubuntu Core Snap，則 Docker Span 由 Canonical 提供服務，並支援生產案例。

安裝 Moby 引擎。

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

依預設，容器引擎不會設定容器記錄大小限制。 經過一段時間之後，這可能會導致裝置充滿記錄，並用盡磁碟空間。 不過，您可以將記錄設定為在本機顯示，但這是選擇性的。 若要深入了解記錄設定，請參閱生產部署檢查清單。

下列步驟示範如何將容器設定為使用 local 記錄驅動程式作為記錄機制。

  1. 建立或編輯現有 Docker 精靈的組態檔

    sudo nano /etc/docker/daemon.json

  2. 將預設記錄驅動程式設定為 local 記錄驅動程式，如範例所示。

       {
      "log-driver": "local"
   }

  3. 重新啟動容器引擎，讓變更生效。

    sudo systemctl restart docker

安裝 IoT Edge 執行階段

IoT Edge 服務提供及維護 IoT Edge 裝置的安全性標準。 此服務會在每次開機時啟動，並藉由啟動 IoT Edge 執行階段讓裝置進入啟動程序。

注意

從 1.2 版開始，IoT 識別服務會處理 IoT Edge 以及需要與 IoT 中樞通訊的其他裝置元件的身分識別佈建和管理。

本節中的步驟代表在具有網際網路連線的裝置上安裝最新 IoT Edge 版本的一般程序。 如果您需要安裝特定版本，例如發行前版本，或需要在離線時安裝，請遵循本文稍後的離線或特定版本安裝步驟。

提示

如果您已經有執行舊版且想要升級至最新版本的 IoT Edge 裝置，請使用更新 IoT Edge 安全性精靈和執行階段中的步驟。 較新版本與舊版 IoT Edge 有明顯的不同，因此升級時需要特定步驟。

安裝最新版本的 IoT Edge 和 IoT 識別服務套件 (如果您尚未擁有最新版本)：

  • 22.04：

    sudo apt-get update; \
   sudo apt-get install aziot-edge

  • 20.04：

    sudo apt-get update; \
   sudo apt-get install aziot-edge defender-iot-micro-agent-edge

選用的 defender-iot-micro-agent-edge 套件包含適用於 IoT 的 Microsoft Defender 安全性微代理程式，可讓端點了解安全性態勢管理、弱點、威脅偵測、機群管理等等，以協助您保護您的 IoT Edge 裝置。 建議您使用 Edge 代理程式安裝微代理程式，以啟用 Edge 裝置的安全性監視和強化。 若要深入了解適用於 IoT 的 Microsoft Defender，請參閱對於裝置建置者而言，什麼是適用於 IoT 的 Microsoft Defender。

使用雲端身分識別來佈建裝置

在裝置上安裝執行階段之後，請使用裝置用來連線至裝置佈建服務和 IoT 中樞的資訊來設定裝置。

請備妥下列資訊：

  • DPS「識別碼範圍」值。 您可以在 Azure 入口網站中，從 DPS 執行個體的概觀頁面擷取此值。
  • 裝置上的裝置身分識別憑證鏈結檔案。
  • 裝置上的裝置身分識別金鑰檔案。

根據作為安裝 IoT Edge 期間提供的範本檔案，為您的裝置建立組態檔。

sudo cp /etc/aziot/config.toml.edge.template /etc/aziot/config.toml

開啟 IoT Edge 裝置上的組態檔。

sudo nano /etc/aziot/config.toml

尋找該檔案的 [佈建] 區段。 取消註解使用 X.509 憑證佈建的 DPS 行，並確定已為任何其他佈建行加上註解。

# DPS provisioning with X.509 certificate
[provisioning]
source = "dps"
global_endpoint = "https://global.azure-devices-provisioning.net"
id_scope = "SCOPE_ID_HERE"

# Uncomment to send a custom payload during DPS registration
# payload = { uri = "PATH_TO_JSON_FILE" }

[provisioning.attestation]
method = "x509"
registration_id = "REGISTRATION_ID_HERE"

identity_cert = "DEVICE_IDENTITY_CERTIFICATE_HERE" # For example, "file:///var/aziot/device-id.pem"
identity_pk = "DEVICE_IDENTITY_PRIVATE_KEY_HERE"   # For example, "file:///var/aziot/device-id.key"

# auto_reprovisioning_mode = Dynamic

  1. 使用您從 DPS 執行個體複製的範圍識別碼來更新 id_scope 的值。

  2. 為裝置提供 registration_id，這是裝置在 IoT 中樞中擁有的識別碼。 註冊識別碼必須符合身分識別憑證的一般名稱 (CN)。

  3. 使用您的憑證和金鑰資訊更新 identity_cert 和 identity_pk 的值。

    身分識別憑證值可以檔案 URI 形式提供，或者使用 EST 或本機憑證授權單位動態發行。 根據您選擇使用的格式，僅取消註解一行。

    身分識別私密金鑰值可以檔案 URI 或 PKCS#11 URI 形式提供。 根據您選擇使用的格式，僅取消註解一行。

    如果您使用任何 PKCS#11 URI，請在組態檔中尋找 [PKCS#11] 區段，並提供 PKCS#11 組態的相關資訊。

    如需關於憑證的詳細資訊，請參閱管理 IoT Edge 憑證。

    如需佈建組態設定的詳細資訊，請參閱設定 IoT Edge 裝置設定。

  4. 或者，尋找該檔案的自動重新佈建模式區段。 使用 auto_reprovisioning_mode 參數來設定裝置的重新佈建行為。 Dynamic - 當裝置偵測到裝置可能已從某個 IoT 中樞移至另一個時重新佈建。 這是預設值。 AlwaysOnStartup - 裝置重新開機或當機時重新佈建會導致精靈重新啟動。 OnErrorOnly - 永遠不會自動觸發裝置重新佈建。 如果裝置因為連線錯誤而無法在身分識別佈建期間連線至 IoT 中樞，則每個模式都有隱含裝置重新佈建後援。 如需詳細資訊，請參閱 IoT 中樞裝置重新佈建概念。

  5. 選擇性地取消註解 payload 參數，以指定本機 JSON 檔案的路徑。 當裝置註冊時，檔案的內容將會傳送至 DPS 作為其他資料。 這適用於自訂配置。 例如，如果您想要根據 IoT 隨插即用模型識別碼來配置裝置，而不需人為介入。

  6. 儲存並關閉檔案。

套用您對 IoT Edge 所做的組態變更。

sudo iotedge config apply

確認安裝成功

如果執行階段順利啟動，您可以移至 IoT 中樞，並開始將 IoT Edge 模組部署到您的裝置。

您可以驗證系統是否已使用您在裝置佈建服務中所建立的個別註冊。 在 Azure 入口網站中導覽至您的裝置佈建服務執行個體。 開啟所建立個別註冊的註冊詳細資料。 請注意，註冊狀態是 [已指派]，並且會列出裝置識別碼。

請在您的裝置上使用下列命令，確認 IoT Edge 已成功安裝並啟動。

檢查 IoT Edge 服務的狀態。

sudo iotedge system status

檢查服務記錄。

sudo iotedge system logs

列出執行中的模組。

sudo iotedge list

下一步

佈建新裝置時，裝置佈建服務註冊流程可讓您同時設定裝置識別碼和裝置對應項標記。 您可以使用這些值來鎖定要使用自動裝置管理的個別裝置或裝置群組。 了解如何使用 Azure 入口網站大規模部署和監視 IoT Edge 模組，或使用 Azure CLI 執行相同作業。