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Construção de soluções IoT mais simples
e seguras com Azure IoT Central, Azure
Sphere e o Azure IoT Edge
Prof. MSc. Walter Silvestre Coan
18/10/2019 – SENAI Joinville
Walter Silvestre Coan
- Microsoft Certified Solutions Associate e Microsoft
Certified Solutions Developer – Web Applications
MCP em programação em C#
MCP em desenvolvendo aplicações Web ASP.NET MVC
- Participação com projeto finalista da etapa nacional do
Microsoft Imagine Cup 2016 – Projeto Omni
- AWS Certified Developer Associate
- Sun Certified Programmer em Java 5.0
- Mestre em Ciência da Computação na área de Sistemas
Distribuídos e Redes de Sensores sem Fio - PUCPR
- Pós-Graduado em Engenharia de Software - PUCPR
- Bacharel em Informática - UNIVILLE
- Professor no Bacharelado em Sistemas de Informação e
do Bacharelado em Engenharia de Software da
UNIVILLE
- Desenvolvedor de software na RDX – RDornel Data
Experts
- Analista de Sistemas na Datasul Finanças
walter.coan@gmail.com – www.faltoupontoevirgula.com.br
Agenda
• Azure Sphere
• Azure IoT Central
• Azure IoT Edge
Microsoft IoT
Visão de uma aplicação IoT
ActionsThings Insights
Microsoft IoT
Azure Logic Apps
Azure Websites
Azure Monitor
Azure Event Grid
Microsoft Power BI
Microsoft Flow
Azure FunctionsAzure Data Lake
Azure Time Series
Insights
Azure Maps
Azure Stream Analytics
Azure Machine Learning
Azure HD Insight
Spark, Storm, Kafka
Azure Event Hubs
Azure IoT Hub Device
Provisioning Service
Azure IoT Hub
Windows 10 IoT Core
Azure IoT Edge
Azure Sphere
Azure Certified for IoT
Azure IoT Device SDK
PlatformUse|Solutions
Azure Sphere + Azure IoT Central
À medida que bilhões de novos dispositivos são
conectados, as organizações precisam protegê-los para
ajudar a proteger os dados, a privacidade, a segurança
física e a infraestrutura.
O Azure Sphere baseia-se em décadas de experiência da
Microsoft em hardware, software e nuvem para fornecer
uma solução completa e pronta para o uso para
dispositivos IoT.
Azure Sphere
Azure Sphere
The Seven Properties of Highly Secure Devices: the new standard for
securing MCU powered IoT experiences
Hardware
Root of
Trust
Seu dispositivo é
Identificável
e a integridade do
software
é confirmada por
hardware?
Defense
In Depth
Seu dispositivo se
mantém
seguro se um
mecanismo
de segurança for
destruído?
Small Trusted
Computing
Base
O seu dispositivo esta
protegido de
erros em outros códigos
fonte?
Dynamic
Compartment
sAs proteções de
segurança
do seu dispositivo podem
melhorar após a
implantação?
Certificate-
Based
Authenticatio
nSeu dispositivo
utiliza
certificados digitais
ao
invés de senhas
para
autenticação?
Failure
Reportin
gSeu dispositivo
reporta
falhas e anomalias?
! Renewabl
e
SecuritySeu dispositivo
atualiza
o software de forma
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Suporte do
Hardware
Suporte do Sistema
Operacional
Suporte do Serviço de
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https://www.microsoft.com/en-us/research/wp-
content/uploads/2017/03/SevenPropertiesofHighlySecureDevices.pdf
Azure Sphere
Hardware
Root of Trust
Chave criptográfica não pode
ser excluída e deve ser
protegida pelo hardware.
Dispositivos contadores
físicos (e-fuse) impedem
ataques do tipo side-channel.
A identidade do dispositivo e
o software seguro dentro do
hardware
Hardware protege a
Identidade do
Dispositivo
Hardware protege a
Inicialização com
Segurança
Hardware atesta a
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Azure Sphere
Dynamic
Compartments
Barreiras internas limitam o
alcance de qualquer falha
Hardware cria Barreiras de
Segurança
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Hardware firewall ou unidades de
memória gerenciadas
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Azure Sphere
Small Trusted
Computing Base
Chave criptográfica são
armazenadas em uma
carteira protegida pelo
hardware, inacessível pelo
software.
Hardware protege as
chaves criptográficas
de acesso
A arquitetura de software
é concebida no formato
de camadas impedindo
o acesso direto.
Azure Sphere
Renewable
Security
A segurança do dispositivo é
renovada para superar as
ameaças em evolução e as
violações de segurança.
Nuvem provê as
atualizações
Software aplica as
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Hardware previne rollback
attacks
Azure Sphere
MCU Seguro
Uma nova categoria de
MCU’s chamado Azure
Sphere, produzidos por
empresas parceiras, com
tecnologia de segurança da
Microsoft, que fornece
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Azure Sphere Security Service
protege cada dispositivo e os
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Azure Sphere
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Azure IoT Central
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Azure Device Provisioning Service
Azure DPS
Fonte: https://docs.microsoft.com/pt-br/azure/iot-dps/about-iot-dps
1.Fabricante do dispositivo registra as
informações do dispositivo no portal do Azure.
2. Dispositivo entra em contato com DSP
através de um endereço provido pelo
Fabricante. O dispositivo passa suas
informações de identificação para prover sua
identidade.
3.O DPS valida a identidade do dispositivo e
seu identificador através de um desafio por
certificados ou pelo método X.509.
4.O DPS registra o dispositivo no IoT Hub e
seus estado no Device Twin.
5.O IoT Hub retorna o ID confirmando o
provisionamento.
6.O DPS retorna do IoT Hub a autorização de
comunicação entre o dispositivo e o IoT Hub.
7. Dispositivo conecta no IoT Hub diretamente.
8.Dispositivo recupera seus dados de estado a
partir do Device Twin do IoT Hub.
Azure Sphere + Azure IoT Central
Fonte: https://www.hackster.io/waltercoan/connecting-azure-sphere-to-azure-iot-central-
5031f1
Azure IoT Edge
Azure IoT Edge
DOCKER
O Azure IoT Edge permite que aplicações complexas
possam ser executadas e gerenciadas em
dispositivos de IoT.
Azure IoT Edge
Fonte: https://docs.microsoft.com/en-us/azure/iot-edge/quickstart-linux#deploy-a-
module
Codificação
• Desenvolvimento do módulo do IoT Edge
Container
• Compilação
• Geração da imagem do container Docker
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da Imagem
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Registry
Deploy
• Azure Iot Edge aciona publicação nos
dispositivos.
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Redis
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Azure IoT Edge
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Edge
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Industrial
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Fonte: https://www.hackster.io/waltercoan/azure-iot-edge-reading-data-from-plc-industrial-iot-
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Azure IoT Edge
Fonte: https://docs.microsoft.com/pt-br/azure/iot-edge/how-to-install-iot-edge-linux
Azure IoT Edge
Conexão de dispositivos
Azure IoT Edge
Módulos IoT Edge
Azure IoT Edge
Módulos em execução no IoT Edge
Azure IoT Edge
• Publicação do módulo MODBUS
• Container DOCKER:
waltercoan/iotedgemodbus:latest
• Container create options
{
"HostConfig": {
"User": "root",
"Privileged": true,
"Devices": [
{
"PathOnHost": "/dev/ttyACM0",
"PathInContainer": "/dev/ttyACM0",
"CgroupPermissions": "mrw"
}
]
}
}
Azure IoT Edge
• Publicação do módulo MODBUS
• Module twin
{
"properties.desired":{
"PublishInterval": "5000",
"SlaveConfigs": {
"Slave01": {
"SlaveConnection": "/dev/ttyACM0",
"TcpPort": "0",
"RetryCount": "10",
"RetryInterval": "50",
"HwId": "CLP",
"BaudRate": "9600",
"DataBits": "8",
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• Module twin
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"Op01": {
"PollingInterval": "1000",
"UnitId": "1",
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"Count": "1",
"DisplayName": "disjuntor1"
},
"Op02": {
"PollingInterval": "1000",
"UnitId": "1",
"StartAddress": "100003",
"Count": "1",
"DisplayName": "disjuntor2" }}}}}}
Azure IoT Edge
• Publicação do módulo MODBUS
• Message route
{
"routes": {
"route": "FROM /messages/* INTO $upstream"
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Construção de soluções IoT mais simples e seguras com Azure IoT Central, Azure Sphere e o Azure IoT Edge

  • 1. Construção de soluções IoT mais simples e seguras com Azure IoT Central, Azure Sphere e o Azure IoT Edge Prof. MSc. Walter Silvestre Coan 18/10/2019 – SENAI Joinville
  • 2. Walter Silvestre Coan - Microsoft Certified Solutions Associate e Microsoft Certified Solutions Developer – Web Applications MCP em programação em C# MCP em desenvolvendo aplicações Web ASP.NET MVC - Participação com projeto finalista da etapa nacional do Microsoft Imagine Cup 2016 – Projeto Omni - AWS Certified Developer Associate - Sun Certified Programmer em Java 5.0 - Mestre em Ciência da Computação na área de Sistemas Distribuídos e Redes de Sensores sem Fio - PUCPR - Pós-Graduado em Engenharia de Software - PUCPR - Bacharel em Informática - UNIVILLE - Professor no Bacharelado em Sistemas de Informação e do Bacharelado em Engenharia de Software da UNIVILLE - Desenvolvedor de software na RDX – RDornel Data Experts - Analista de Sistemas na Datasul Finanças walter.coan@gmail.com – www.faltoupontoevirgula.com.br
  • 3. Agenda • Azure Sphere • Azure IoT Central • Azure IoT Edge
  • 4. Microsoft IoT Visão de uma aplicação IoT ActionsThings Insights
  • 5. Microsoft IoT Azure Logic Apps Azure Websites Azure Monitor Azure Event Grid Microsoft Power BI Microsoft Flow Azure FunctionsAzure Data Lake Azure Time Series Insights Azure Maps Azure Stream Analytics Azure Machine Learning Azure HD Insight Spark, Storm, Kafka Azure Event Hubs Azure IoT Hub Device Provisioning Service Azure IoT Hub Windows 10 IoT Core Azure IoT Edge Azure Sphere Azure Certified for IoT Azure IoT Device SDK PlatformUse|Solutions
  • 6. Azure Sphere + Azure IoT Central
  • 7. À medida que bilhões de novos dispositivos são conectados, as organizações precisam protegê-los para ajudar a proteger os dados, a privacidade, a segurança física e a infraestrutura. O Azure Sphere baseia-se em décadas de experiência da Microsoft em hardware, software e nuvem para fornecer uma solução completa e pronta para o uso para dispositivos IoT. Azure Sphere
  • 8. Azure Sphere The Seven Properties of Highly Secure Devices: the new standard for securing MCU powered IoT experiences Hardware Root of Trust Seu dispositivo é Identificável e a integridade do software é confirmada por hardware? Defense In Depth Seu dispositivo se mantém seguro se um mecanismo de segurança for destruído? Small Trusted Computing Base O seu dispositivo esta protegido de erros em outros códigos fonte? Dynamic Compartment sAs proteções de segurança do seu dispositivo podem melhorar após a implantação? Certificate- Based Authenticatio nSeu dispositivo utiliza certificados digitais ao invés de senhas para autenticação? Failure Reportin gSeu dispositivo reporta falhas e anomalias? ! Renewabl e SecuritySeu dispositivo atualiza o software de forma automática? Suporte do Hardware Suporte do Sistema Operacional Suporte do Serviço de Nuvem https://www.microsoft.com/en-us/research/wp- content/uploads/2017/03/SevenPropertiesofHighlySecureDevices.pdf
  • 9. Azure Sphere Hardware Root of Trust Chave criptográfica não pode ser excluída e deve ser protegida pelo hardware. Dispositivos contadores físicos (e-fuse) impedem ataques do tipo side-channel. A identidade do dispositivo e o software seguro dentro do hardware Hardware protege a Identidade do Dispositivo Hardware protege a Inicialização com Segurança Hardware atesta a Integridade do Sistema
  • 10. Azure Sphere Dynamic Compartments Barreiras internas limitam o alcance de qualquer falha Hardware cria Barreiras de Segurança Software cria Compartimentos Hardware firewall ou unidades de memória gerenciadas Isolamento de processos
  • 11. Azure Sphere Small Trusted Computing Base Chave criptográfica são armazenadas em uma carteira protegida pelo hardware, inacessível pelo software. Hardware protege as chaves criptográficas de acesso A arquitetura de software é concebida no formato de camadas impedindo o acesso direto.
  • 12. Azure Sphere Renewable Security A segurança do dispositivo é renovada para superar as ameaças em evolução e as violações de segurança. Nuvem provê as atualizações Software aplica as atualizações Hardware previne rollback attacks
  • 13. Azure Sphere MCU Seguro Uma nova categoria de MCU’s chamado Azure Sphere, produzidos por empresas parceiras, com tecnologia de segurança da Microsoft, que fornece conectividade, alto desempenho e características de segurança no hardware. Sistema Operacional Seguro Sistema operacional seguro Azure Sphere OS que combina as melhores práticas da Microsoft e da comunidade Open Source, criando uma plataforma confiável para uma nova experiência em IoT. Serviço em Nuvem Seguro Azure Sphere Security Service protege cada dispositivo e os clientes, detecta falhas de segurança e responde de forma proativa.
  • 14. Azure Sphere Microsoft Pluton Security Subsistem Root of Trust ARM Cortex-A provê isolamento de processos através do gerenciamento de unidades de memória. Azure Sphere OS cria containers para as aplicações que utilizam espaços de memória reservados. 2x ARM Cortex-M é o MCU, que executa o processamento em real time.
  • 15. Azure Sphere • ARM Cortex A7 NEON FPU 500Mhz • 64kB L1 instruction cache • 32kB L1 data cache • 256kB L2 cache, • 4MB system memory for the Azure Sphere operating system and user applications • 2x ARM Cortex M4 core 200Mhz • 192kB TCM (Tightly-Coupled Memory) • 64kB SRAM • FPU Floating Point Unit • Pluton Security Subsystem M4 core 200Mhz • ARM Cortex-M4F security processor • 128kB secured TCM • 64kB secured mask ROM bootloader • Wi-Fi • Processador dedicado N9 32-bit RISC core • IEEE 802.11 a/b/g/n • Bandas de 2.4GHz e 5GHz https://d86o2zu8ugzlg.cloudfront.net/mediatek-craft/documents/mt3620/MediaTek-MT3620-Product-Brief-Nov2018.pdf
  • 16. Azure Sphere Comprovação remota • Ocorre durante o processo de autenticação • Azure Sphere assina digitalmente um conjunto de informações para provar que o dispositivo é original; • Dados são enviados para o Device Authentication and Attestation no Azure; • Retorna um certificado de curta duração atestando que é um dispositivo original.
  • 22. Azure Sphere Azure Sphere MT3620 Dev Kit
  • 24. Azure Sphere Azure Sphere MT3620 Mini Dev Board
  • 25. Azure Sphere Azure Sphere MT3620 Module
  • 27. Azure Sphere AVNET Azure Sphere MT3620 Starter Kit
  • 28. Azure Sphere AVNET Azure Sphere MT3620 Starter Kit
  • 29. Azure Sphere AVNET Azure Sphere MT3620 Starter Kit
  • 30. Azure Sphere AVNET Azure Sphere MT3620 Module
  • 34. Azure IoT Central Azure IoT Central • Solução SaaS como plataforma de Internet das Coisas • Integra na solução • Broker de mensagens (IoT Hub) • Registro e controle de dispositivos IoT • Dashboard • Análise de dados em séries temporais • Geração de alertas baseados em eventos • Automatização de processo
  • 35. Azure IoT Central Arquitetura - Azure IoT Central Fonte: https://docs.microsoft.com/pt-br/azure/iot-central/concepts-architecture
  • 36. Azure IoT Central Modelo dos Dispositivos - Azure IoT Central Fonte: https://docs.microsoft.com/pt-br/azure/iot-central/concepts-architecture
  • 41. Azure IoT Central Conexão de dispositivos https://docs.microsoft.com/pt- br/azure-sphere/app- development/setup-iot-central https://github.com/Azure/azure- sphere- samples/blob/master/Samples/ AzureIoT/IoTCentral.md Passo 1 – Conexão do dispositivo
  • 42. Azure IoT Central Conexão de dispositivos Passo 2 – Geração do certificado do tenant (inquilino) a partir do dispositivo
  • 43. Azure IoT Central Conexão de dispositivos Passo 3 – Registro do certificado no IoT Central
  • 44. Azure IoT Central Conexão de dispositivos Passo 4 – Prova de validação do certificado
  • 45. Azure IoT Central Conexão de dispositivos Passo 4 – Prova de validação do certificado
  • 46. Azure IoT Central Conexão de dispositivos Passo 4 – Prova de validação do certificado
  • 47. Azure IoT Central Conexão de dispositivos Passo 4 – Prova de validação do certificado
  • 48. Azure IoT Central Conexão de dispositivos Passo 5 – Identificador único do dispositivo
  • 49. Azure IoT Central Conexão de dispositivos Passo 6 – Criação do template do dispositivo
  • 50. Azure IoT Central Conexão de dispositivos Passo 7 – Criação do dispositivo a partir do template e do id único
  • 51. Azure IoT Central Conexão de dispositivos Passo 8 – Código de exemplo do dispositivo Fonte: https://github.com/Azure/azure-sphere-samples/tree/master/Samples/AzureIoT
  • 52. Azure IoT Central Conexão de dispositivos Passo 9 – Exportar as configurações de conexão do IoT Central
  • 53. Azure IoT Central Conexão de dispositivos Passo 10 – Exportar o GUID de identificação do Tenant do Azure AD
  • 54. Azure IoT Central Conexão de dispositivos Passo 11 – Parametrização do arquivo app_manifest.json do projeto
  • 55. Azure IoT Central Conexão de dispositivos
  • 56. Azure Device Provisioning Service Azure DPS Fonte: https://docs.microsoft.com/pt-br/azure/iot-dps/about-iot-dps 1.Fabricante do dispositivo registra as informações do dispositivo no portal do Azure. 2. Dispositivo entra em contato com DSP através de um endereço provido pelo Fabricante. O dispositivo passa suas informações de identificação para prover sua identidade. 3.O DPS valida a identidade do dispositivo e seu identificador através de um desafio por certificados ou pelo método X.509. 4.O DPS registra o dispositivo no IoT Hub e seus estado no Device Twin. 5.O IoT Hub retorna o ID confirmando o provisionamento. 6.O DPS retorna do IoT Hub a autorização de comunicação entre o dispositivo e o IoT Hub. 7. Dispositivo conecta no IoT Hub diretamente. 8.Dispositivo recupera seus dados de estado a partir do Device Twin do IoT Hub.
  • 57. Azure Sphere + Azure IoT Central Fonte: https://www.hackster.io/waltercoan/connecting-azure-sphere-to-azure-iot-central- 5031f1
  • 59. Azure IoT Edge DOCKER O Azure IoT Edge permite que aplicações complexas possam ser executadas e gerenciadas em dispositivos de IoT.
  • 60. Azure IoT Edge Fonte: https://docs.microsoft.com/en-us/azure/iot-edge/quickstart-linux#deploy-a- module Codificação • Desenvolvimento do módulo do IoT Edge Container • Compilação • Geração da imagem do container Docker Publicação da Imagem • Imagem copiada para um Container Registry Deploy • Azure Iot Edge aciona publicação nos dispositivos.
  • 61. Azure IoT Edge Novos módulos disponíveis Azure Stream Analytics Azure Blob Storage Azure Security Center Redis SQL Server SQLite Language Understanding Key Phrase Extraction Sentiment Analysis Language Detection
  • 62. Azure IoT Edge Azure IoT Edge Equipamento Industrial CLP 1 seg Azure IoT Hub AMQP 3 seg RTU - USB
  • 63. Azure IoT Edge Fonte: https://www.hackster.io/waltercoan/azure-iot-edge-reading-data-from-plc-industrial-iot- ef8214
  • 64. Azure IoT Edge Fonte: https://docs.microsoft.com/pt-br/azure/iot-edge/how-to-install-iot-edge-linux
  • 65. Azure IoT Edge Conexão de dispositivos
  • 67. Azure IoT Edge Módulos em execução no IoT Edge
  • 68. Azure IoT Edge • Publicação do módulo MODBUS • Container DOCKER: waltercoan/iotedgemodbus:latest • Container create options { "HostConfig": { "User": "root", "Privileged": true, "Devices": [ { "PathOnHost": "/dev/ttyACM0", "PathInContainer": "/dev/ttyACM0", "CgroupPermissions": "mrw" } ] } }
  • 69. Azure IoT Edge • Publicação do módulo MODBUS • Module twin { "properties.desired":{ "PublishInterval": "5000", "SlaveConfigs": { "Slave01": { "SlaveConnection": "/dev/ttyACM0", "TcpPort": "0", "RetryCount": "10", "RetryInterval": "50", "HwId": "CLP", "BaudRate": "9600", "DataBits": "8", "StopBits": "1", "Parity": "ODD",
  • 70. Azure IoT Edge • Publicação do módulo MODBUS • Module twin "FlowControl": "NONE", "Operations": { "Op01": { "PollingInterval": "1000", "UnitId": "1", "StartAddress": "100002", "Count": "1", "DisplayName": "disjuntor1" }, "Op02": { "PollingInterval": "1000", "UnitId": "1", "StartAddress": "100003", "Count": "1", "DisplayName": "disjuntor2" }}}}}}
  • 71. Azure IoT Edge • Publicação do módulo MODBUS • Message route { "routes": { "route": "FROM /messages/* INTO $upstream" } }
  • 72. Azure IoT Edge • Publicação do módulo MODBUS