3ドルのESP8266でTLS対応Webサーバーを30分以内に導入

なぜ安全な（TLS）Webサーバーが重要なのか

最新ブラウザーはプレーンHTTPサイトを「信頼できない」とフラグし、ユーザーにインターフェースを不信感させます。TLS対応サーバーは鍵アイコンを表示し、プロフェッショナルなセキュリティを伝えます。これはデバイス管理アプリケーションに不可欠です。

ESP8266 Wi-FiチップとMinnow Server

ESP8266はわずか1ドルで入手できる人気のWi-Fiチップです。開発用には、約3ドルのUSB対応開発ボードがファームウェア書き込みを簡素化し、外部USB-TTLコンバーターの必要性を排除します。

80MHzコアは多くのアプリケーションに十分ですが、TLS暗号化のようなCPU集約的なタスクはその限界を押し上げます。このようなリソース制約マイクロコントローラー向けWebアプリケーションを設計する際、これらの制約を理解することが重要です。

このガイドでは、Minnow ServerをESP8266でコンパイルおよび導入する手順を説明します。リポジトリにはリファレンス例とソースコードが含まれています。

始める

esp-open-rtosプロジェクトから、ユーザーフレンドリーなWebベースIDEとバンドルされた事前設定済みFreeRTOS/lwIP環境を使用します。これにより、複雑なローカルセットアップの必要性が排除されます。

ESP8266 FreeRTOS/lwIP IDEのダウンロード

Real Time Logic にアクセスし、IDEをダウンロード。パッケージにはVMwareまたはVirtualBox（VMwareは非商用利用無料）と組み込みTLSスタック（SharkSSL）が含まれます。VMが起動すると、WebベースIDEがUSB接続されたESP8266を検出し、書き込み準備完了として表示します。

図1は仮想マシンとWeb IDEインターフェースを示します。

図1: VMのIPアドレスに接続されたWebベースIDE。（出典：Real Time Logic）

ブレッドボード上のLEDはオプションです。サンプルアプリケーションで外部LEDを制御したい場合のみ含まれます。

VMのIPアドレスは異なる場合があるため、VMウィンドウ内をクリックして Enter を押して表示し、ブラウザーでそのアドレスを開いてIDEを起動します。

Minnow Serverサンプルのインストール

Minnow ServerサンプルはIDEパッケージの一部ではなく、手動でインストールする必要があります。以下のスクリーンショットは、VMのWebシェルで実行されるインストールコマンドを示しています。

図2: Linux Webシェルに貼り付けられたMinnow Serverインストールコマンド。（出典：Real Time Logic）

資格情報の入力を求められた場合は、ユーザー名: sharkssl、パスワード: SharkSSL を使用します。

GitHubのESP8266 Minnow Serverチュートリアル にVM設定、コンパイル、書き込みの詳細があります。簡潔なウォークスルーについては、以下のビデオをご覧ください。

ビデオ1: Minnow Serverサンプルのダウンロード、インストール、コンパイル、コードアップロードの方法。（出典：Real Time Logic）

安全 vs 非安全な動作

Minnow ServerはSharkSSLでコンパイルするとデフォルトでTLSを使用します。TLSを使用すると管理オーバーヘッドが追加されます—主に証明書管理—ですが、本番環境ではしばしば必須です。ビデオでは、CA証明書をブラウザーにインポートして「証明書エラー」警告を消去する方法を実演しています。

多くの組み込みデバイスはプライベートネットワーク上にあり、標準的な認証局は内部IPやホスト名に証明書を発行しません。一つの解決策は独自のCAを運用することです。認証局として振る舞う方法チュートリアルでそのプロセスを説明しています。

ESP8266は低速なため、ブラウザーが同時に複数のTCP接続を開くとき、TLSハンドシェイクが初期接続を著しく遅らせる可能性があります。シングルページアプリケーションの例はWebSocketを活用し、CPU制約デバイス向けに最適化されています。ブラウザーの振る舞いとマイクロコントローラーの制約については、Minnow Serverでのシングルページアプリ作成チュートリアルを参照してください。