クラウドに迅速に接続し、IoTデータを直接送信して、クラウドにリモートアクセスする方法

著者 Bill Giovino 氏
Digi-Keyの北米担当編集者 提供
2019-03-13
マルツ掲載日：2019-06-17

図1：Microchip TechnologyのAVR-IoTクラウド評価ボードは、完全なIoTエンドポイントです。開発者は、この評価ボードを使用してプロジェクトをGoogle Cloud IoTサーバに迅速に接続できます。(画像提供：Microchip Technology)

図2：Microchip TechnologyのWINC1510 Wi-Fiモジュールはフットプリントが21.7mm×14.7mmで、2.4GHz 802.11 b/g/nワイヤレスアクセスポイントをサポートします。SPIシリアルポートで、ホストマイクロコントローラへ接続します。(画像提供：Microchip Technology)

　ボードはPC上ではフラッシュメモリスティックのようになり、5つのファイルが表示されます。インターネットに接続するには、CLICK-ME.HTMという名前のファイルをクリックします。クリックするとデフォルトのブラウザに、ローカルWi-Fiに接続するためのページが表示されます(図3)。


図3：Microchip TechnologyのAVR-IoTボードをローカルのWi-Fiネットワークに接続するには、このCLICK-ME.HTMファイルの左下にWi-Fiアクセスポイント情報を入力します。(画像提供：Microchip Technology)

　ネットワーク名を入力し、ネットワークタイプを選択してパスワードを入力すると、青色LEDが点灯しボードがローカルのWi-Fiネットワークに接続されたことを示します。その直後に、緑色LEDが点灯し、ボードがGoogle Cloudサーバに接続したことを示します。ボードがGoogle Cloudサーバにデータを送信するたびに、黄色のLEDが点滅します。AVR-IoTとGoogle Cloudサーバ間で送信されるすべての情報は暗号化されます。

IoT、暗号化された接続、データ暗号化

　ポイント間のインターネットトラフィックは、一般にTLS(Transport Layer Security)を使用して暗号化された安全な接続を経由して伝送されます。ただし、それでもハッカーが暗号化された接続の脆弱性を見つけて、「MITM攻撃(中間者攻撃)」を仕掛けることでデータを捕捉する可能性があります。プロジェクトの設計がこのような攻撃にさらされないようにするには、通常はAESまたはSHAの暗号化標準を使用してデータを暗号化する必要もあります。

　Google Cloudに送信されるデータを暗号化するために、AVR-IoTにはMicrochip TechnologyのATECC608A-MAHCZ-T Security CryptoAuthenticationチップが付属しており、このチップはI2Cインターフェース経由でAVRマイクロコントローラに接続します。ATECC608Aは、AES-128やSHA-256など多くの暗号化標準をサポートしている暗号メモリチップです。このチップを使用して、Google Cloudサーバとの通信に使用する公開キーおよび秘密キーを保存します。

　どのAVR-IoTでもそれぞれのATECC608Aは、あらかじめプログラムされた状態で、その独自の一意公開キーおよび秘密キーとともにMicrochip Technologyから提供されます。ATECC608Aの秘密キーはセキュアストレージ内にあり、I2Cインターフェースがロジックアナライザでモニタされログ記録される場合でも表示されません。

　公開キーはGoogle Cloudに送信されるURLに表示され、AVR-IoTに接続されたホストPCのUSBインターフェースで読み取り可能なPUBKEY.TXTファイルにも記述されています。ATECC608Aの詳しい動作についての情報は、機密保持契約に基づいてのみMicrochip Technologyから取得できます。

　ただし、AVR-IoT内のATMEGA4808マイクロコントローラのファームウェアは、セキュアなGoogle CloudプロジェクトでATECC608Aを効率的に使用できるように設定されています。これにより、ATECC608Aの暗号化機能の詳細は開発者にとってほとんど透過的となり、開発が著しく簡素化、迅速化されます。

　高いセキュリティが求められるIoTエンドポイント向けに、ATECC608Aはアプリケーションとチップ自体の両方を保護します。物理的なハッキングへの耐性が強く、維持するメモリ内容に超低温を適用したり定格外の高速または低速なI2Cクロックを使用したりする多くのサイドチャンネル攻撃を検出し防御できます。また、デバイスをデキャップ(開封)して内部アーキテクチャを探ろうとする攻撃も検出できます。デバイスの内部メモリの内容も暗号化されます。ATECC608Aには、Microchip Technologyのエンジニアのみが知る秘密のセキュリティメカニズムが含まれる場合もあります。

Google Cloud IoTサーバとの連携

　AVR-IoTをGoogle Cloud IoTサーバに接続すると、データ交換が開始されます。AVR-IoTには光センサと温度センサの両方が含まれています。これらのセンサからのデータはGoogle Cloudサーバに送信され、リアルタイムに表示できます(図4)。ブラウザでデータを表示するには、以下のURLを入力する必要があります。

　　　　avr-iot.com/device/{publickey}
　ここで、{publickey}はAVR-IoTボードに割り当てられている公開キーです。

　使用されるGoogle Cloudサーバはデモのサンドボックスアカウントなので、AVR-IoTからGoogle Cloudに送信されるデータは永続的には保存されず、サーバとの接続の切断にともない消去されます。

図4：Google Cloud IoTサーバによるウェブページでは、AVR-IoTから得られる温度センサと光センサのデータを表示できます。(画像提供：Microchip Technology)

　より完全な機能を備えたクラウドサーバ向けとして、AVR-IoTキットにはプライベートGoogle Cloudアカウントにアップグレードするための手順が含まれています。プライベートGoogle Cloudアカウントでは、開発者は情報を後から利用するためにGoogle Cloudに永続的に保存できます。

　また、プライベートGoogle Cloud上にAVR-IoTと通信可能なウェブインターフェースを構築して、評価ボード上のカスタムファームウェアにコマンドを送信できるアプリケーションを、そのウェブインターフェースによりオンラインでホスティングすることもできます。たとえば開発者は、電子機器に接続できるATmega4808上のどのGPIOピンも、世界中のあらゆる場所から制御できます。

結論

　クラウドのストレージ、アクセスおよび利用方法について説明している多くの書籍やウェブサイトがありますが、多くの場合は実例ごとに学習するのが最も簡単です。Microchip TechnologyのAVR-IoTボードによって、クラウドへの接続が簡単になると同時に、クラウドのストレージ、暗号化、IoTエンドポイントの制御の基本が明確に示されます。

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