Arduino MKR GSM 1400 を Google Cloud IoT Core に安全接続 - ステップバイステップガイド

必要な部品と材料

Arduino MKR GSM 1400	×1
Micro-USB ケーブル	×1
3.7V LiPoバッテリー	×1
Micro SIMカード (データ通信対応)	×1
セルラー用 UF.L アンテナ	×1

アプリとオンラインサービス

• Arduino IDE
• Google Cloud IoT Core (現在は Google Cloud IoT へ移行済み)

プロジェクト概要

> **注意: このチュートリアルは古い可能性があります。最新版は こちら を参照してください。**

はじめに

デバイスを GCP IoT Core に接続するには HTTP または MQTT を使用します。このチュートリアルでは、Arduino MKR GSM 1400 を MQTT クライアントとして GCP IoT Core に **安全に** 接続する手順を解説します。MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) は M2M (Machine-to-Machine) 接続プロトコルで、パブリッシュ/サブスクライブ型のメッセージングを提供します。

認証には JSON Web Token (JWT) を使用します (RFC 7519)。GCP IoT Core は RSA と楕円曲線暗号 (ECC) の両方で JSON Web Signature (JWS、RFC 7515) を検証できます。

MKR シリーズ (MKR GSM 1400を含む) には、Microchip ATECC508A または ATECC608A 暗号素子 が搭載されています。これを使って 256ビットの ECC 秘密鍵を安全に生成・格納し、JWT の署名に使用します。秘密鍵はチップから決して出ません。

ソフトウェアとハードウェアのセットアップ

1. Arduino IDE をインストール (未インストールの場合)
2. ボードマネージャで 「Arduino SAMD Boards」 の最新版 (執筆時 1.6.20) をインストール
3. ライブラリマネージャで以下をインストール:
   • MKRGSM
   • Arduino_JSON
   • ArduinoECCX08 (v1.3.0 以上)
   • ArduinoMqttClient (v0.1.3 以上)
   • Arduino Cloud Provider Examples (v1.2.0 以上)
4. MKR GSM 1400 に Micro SIM、アンテナ、LiPoバッテリーを接続し、USBでPCと接続
5. Arduino IDE でボード「Arduino MKR GSM 1400」、適切なシリアルポートを選択

GCP IoT Core へのデバイス登録

JWT認証用の公開鍵をボードで生成し、GCPコンソールに登録します。

1. Arduino IDE で ファイル → スケッチ例 → ArduinoECCX08 → Tools → ECCX08JWSPublicKey を開いて書き込み
2. シリアルモニタを開く (改行コード「NL & CR」に設定)
3. 初回のみ、暗号素子の永続設定・ロックを求められます。この処理は不可逆 ですが、クラウド接続には必須です。スロット0〜4の5つの秘密鍵スロットが利用可能になり、いつでも再生成できます。
4. スロット番号を聞かれるので「0」を入力
5. 生成された PEM 形式の公開鍵 (「-----BEGIN PUBLIC KEY-----」で始まるブロック) をコピー

GCPコンソールでの作業

1. Google Cloud Console にログイン
2. プロジェクトを作成 (例: "MKR GCP Tutorial")
3. ナビゲーションメニュー → 「Big Data」 → 「IoT Core」 → 「APIを有効化」
4. 「デバイス レジストリを作成」: レジストリID (例: "MKR_GCP_Tutorial")、リージョン (例: "us-central1") を指定
5. レジストリ詳細画面で「デバイス」→「デバイスを作成」
6. デバイス名 (例: "MyMKRGSM1400")、公開鍵形式「ES256」、公開鍵値に先ほどのPEMを貼り付け → 「作成」

ボードを GCP IoT Core に接続

1. Arduino IDE で ファイル → スケッチ例 → Arduino Cloud Provider Examples → GoogleCloudPlatformIoTCore → GCP_IoT_Core_GSM を開く
2. arduino_secrets.h タブで SIMのPIN、GPRS APN/ユーザー/パスワードを設定
3. 同ファイルで GCP情報を設定:

   #define SECRET_PROJECT_ID "mkr-gcp-tutorial"
   #define SECRET_CLOUD_REGION "us-central1"
   #define SECRET_REGISTRY_ID "MKR_GCP_Tutorial"
   #define SECRET_DEVICE_ID "MyMKRGSM1400"

4. スケッチを書き込み、シリアルモニタで接続ログを確認

GCP IoT Core でのデバイス操作

接続成功後、スケッチは5秒ごとに /devices/{deviceId}/state トピックにメッセージを送信し、/devices/{deviceId}/config と /devices/{deviceId}/commands/# を購読します。

• コマンド送信: デバイスページの「コマンドを送信」ボタンからメッセージ (例: "Hello There!") を送ると、ボードのシリアルモニタに表示されます。
• 状態確認: 「構成と状態の履歴」タブでデバイスからのメッセージを確認。Base64エンコードされているので「Text」ラジオボタンでデコード表示。

結論

このチュートリアルでは、MKR GSM 1400 のハードウェア暗号素子 (ATECC508A/608A) に格納された秘密鍵で JWT に署名し、MQTT 経由で GCP IoT Core に安全に接続する方法を説明しました。これにより、GCP の他のサービス (BigQuery, Pub/Sub, Dataflow 等) と連携した本格的な IoT システム構築の第一歩となります。

コード リポジトリ

GitHub: ArduinoCloudProviderExamples