ESP32 加密傳輸 與 樹梅派解碼

期末專題報告

組員

• 林昀佑
• 戴育琪
• 王郁琁

硬體安裝

接腳配置

裝置名稱	裝置io	esp32-GPIO
sh1106	VCC	3.3v
sh1106	GND	GND
sh1106	SCL	22
sh1106	SDA	21
dht11	VCC	3.3v
dht11	GND	GND
dht11	DATA	14

系統架構

通訊協定

• MQTT over TCP/IP
• Broker: HiveMQ (broker.hivemq.com)
• Port: 1883
• Topic 格式: esp32/群組名稱/MAC地址/類型
  • 例: esp32/group1/AABBCCDD/temp

加密系統

1. 加密演算法: ChaCha20

   • 使用自定義常數 (Constants)
   • MAC地址整合到 Nonce
   • 16位元自定義金鑰
   • Topic內容影響加密參數

2. 檔案系統管理

   • SPIFFS儲存系統
   • 加密金鑰存儲 (/encryption.key)
   • WiFi設定檔 (/wifi.txt)
   • 群組設定檔 (/config.txt)

主要功能

1. 硬體功能

   • OLED顯示 (SH1106)
   • 溫濕度感測 (DHT11)
   • LED狀態指示
   • 按鈕控制

2. 網路功能

   • WiFi連線管理
   • MQTT通訊
   • 分群組管理
   • 加密傳輸

3. 安全功能

   • ChaCha20加密
   • 設備MAC綁定
   • 群組隔離
   • 配置檔案加密儲存

運作流程

1. 啟動階段

   • 初始化硬體
   • 載入配置文件
   • 建立WiFi連線
   • 設置MQTT連線
   • 初始化加密系統

2. 資料傳輸

   • 讀取感測器數據
   • 使用ChaCha20加密
   • 通過MQTT發布
   • 5秒更新一次

3. 加密過程

   • 使用設備MAC作為Nonce一部分
   • Topic影響加密常數
   • 每次傳輸更新加密參數
   • 16字節自定義常數

Python接收端

1. 功能特點

   • 群組訂閱
   • 即時解密
   • 數據顯示
   • 錯誤處理

2. 使用方式

# 監聽預設群組
python mqtt_test.py

# 監聽特定群組
python mqtt_test.py --group group2

安全性考慮

1. 加密保護

   • ChaCha20加密算法
   • MAC地址綁定
   • 動態加密參數
   • 分組隔離

2. 配置安全

   • 本地加密存儲
   • 分離儲存敏感信息
   • 預設值保護

開發工具

• 語言: C++ (ESP32), Python (接收端)
• 開發環境: PlatformIO
• 主要依賴:
  • SPIFFS
  • PubSubClient
  • Adafruit GFX
  • DHT Sensor Library