如何让Paho MQTT客户端信任自签名证书以实现TLS连接？

我正在开展一个MQTT测试项目，搭建了需通过TLS运行的Mosquitto MQTT Broker，但因使用自签名证书，无法通过Paho MQTT客户端建立安全TLS连接。

证书生成步骤 #

我使用OpenSSL执行了以下步骤生成证书：

• 生成伪造CA签名密钥：$ openssl genrsa -des3 -out ca.key 2048
• 生成伪造CA的证书签名请求：$ openssl req -new -key ca.key -out ca.csr -sha256
• 创建伪造CA的根证书：$ openssl x509 -req -in ca.csr -signkey ca.key -out ca.crt -days 365 -sha256
• 创建服务器/MQTT Broker密钥对：$ openssl genrsa -out server.key 2048
• 使用服务器密钥生成证书签名请求（通用名称设为Broker的特定IP）：$ openssl req -new -key server.key -out server.csr -sha256
• 以伪造CA身份签署服务器证书：$ openssl x509 -req -in server.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out server.crt -days 360

Mosquitto配置 #

修改default.conf启用TLS：

listener 8883

cafile /etc/mosquitto/ca_certificates/ca.crt
certfile /etc/mosquitto/certs/server.crt
keyfile /etc/mosquitto/certs/server.key

require_certificate true

password_file /etc/mosquitto/passwd

客户端证书生成与Python代码 #

为实现双向认证，生成客户端证书：

• 创建客户端密钥对：openssl genrsa -out client.key 2048
• 生成客户端证书签名请求：openssl req -new -out client.csr -key client.key
• 以伪造CA身份签署客户端证书：openssl x509 -req -in client.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out client.crt -days 360

Python客户端代码：

import paho.mqtt.client as mqtt
import ssl

def on_message(client, userdata, msg):
    print(f"Received message '{msg.payload.decode()}' on topic '{msg.topic}'")

def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    if rc == 0:
        print("Connected to MQTT Broker!")
        client.subscribe("test")
    else:
        print(f"Failed to connect, return code {rc}\n")

client = mqtt.Client()

client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message

username = "x"
password = "x"
client.username_pw_set(username, password)

client.tls_set(ca_certs="certs/ca.crt",
               certfile="certs/client.crt",
               keyfile="certs/client.key",
               tls_version=ssl.PROTOCOL_TLSv1_2)

client.tls_insecure_set(False)  # Ensure this is False for security

broker_address = 'my_ip'  
port = 8883 
client.connect(broker_address, port)

client.loop_forever()

错误信息 #

执行脚本时出现以下错误：

mqtt_sub.py:17: DeprecationWarning: Callback API version 1 is deprecated, update to latest version
  client = mqtt.Client()
Traceback (most recent call last):
  File "mqtt_sub.py", line 39, in <module>
    client.connect(broker_address, port)
  File "/home/lutz/.local/lib/python3.8/site-packages/paho/mqtt/client.py", line 1435, in connect
    return self.reconnect()
  File "/home/lutz/.local/lib/python3.8/site-packages/paho/mqtt/client.py", line 1598, in reconnect
    self._sock = self._create_socket()
  File "/home/lutz/.local/lib/python3.8/site-packages/paho/mqtt/client.py", line 4612, in _create_socket
    sock = self._ssl_wrap_socket(sock)
  File "/home/lutz/.local/lib/python3.8/site-packages/paho/mqtt/client.py", line 4671, in _ssl_wrap_socket
    ssl_sock.do_handshake()
  File "/usr/lib/python3.8/ssl.py", line 1338, in do_handshake
    self._sslobj.do_handshake()
ssl.SSLCertVerificationError: [SSL: CERTIFICATE_VERIFY_FAILED] certificate verify failed: self signed certificate (_ssl.c:1145)

需求：如何让Paho MQTT库与自签名证书配合使用，或有哪些其他方案实现安全MQTT通信？

解决方案 #

1. 确认CA证书的信任配置 #

错误提示“self signed certificate”说明客户端未正确信任你生成的CA根证书：

• 检查ca_certs参数的路径是否正确：建议使用绝对路径（如/home/user/certs/ca.crt）避免相对路径问题，确保文件是你生成的CA根证书。
• 将CA证书添加到客户端系统的信任根库：
  • Linux：复制ca.crt到/usr/local/share/ca-certificates/，执行update-ca-certificates更新信任列表。
  • Windows：双击ca.crt，选择安装到“受信任的根证书颁发机构”存储区。

2. 验证服务器证书的标识匹配 #

你将服务器证书的通用名称设为Broker的IP，需确保客户端连接时使用的broker_address与该IP完全一致，不能用主机名（除非证书包含主机名SAN字段）：

• 若需用主机名连接，重新生成服务器证书并添加SAN字段：
  创建server.cnf配置文件：

  [req]
  distinguished_name = req_distinguished_name
  req_extensions = v3_req
  prompt = no
  
  [req_distinguished_name]
  CN = 192.168.1.100  # Broker的IP
  
  [v3_req]
  keyUsage = keyEncipherment, dataEncipherment
  extendedKeyUsage = serverAuth
  subjectAltName = @alt_names
  
  [alt_names]
  IP.1 = 192.168.1.100
  DNS.1 = broker.local  # Broker的主机名
  

  生成CSR：openssl req -new -key server.key -out server.csr -sha256 -config server.cnf，再重新签署服务器证书。

3. 检查双向认证配置一致性 #

Mosquitto配置了require_certificate true，客户端必须提供信任CA签署的证书：

• 确认client.crt是你的CA根证书签署的，且代码中certfile和keyfile路径正确。
• 若客户端密钥带密码（生成时用了-des3），需在代码中添加密码参数，或重新生成无密码密钥：openssl genrsa -out client.key 2048。

4. 临时调试（禁止生产环境使用） #

测试阶段可临时跳过服务器证书验证，但会降低安全性：

• 将client.tls_insecure_set(True)，此操作仅跳过服务器证书验证，双向认证仍生效。

替代安全方案 #

若自签名证书配置繁琐，可选择以下方案：

• Let's Encrypt证书：若Broker有公网域名，申请免费可信证书，客户端无需额外配置即可信任。
• 预共享密钥（PSK）：Mosquitto支持PSK认证，无需证书，只需客户端与Broker共享密钥。示例配置：

  listener 8883
  psk_hint hint
  psk_file /etc/mosquitto/psk.txt
  

  客户端代码使用client.tls_set_psk()方法配置PSK。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Lennart Lutz