ESP32で SORACOM Arcつないでみた SORACOM UG ONLINE #6 2021/07/27 Kenta Ida (@ciniml)

自己紹介 •井田 健太 (@ciniml) •仕事：FPGAの論理設計 •使用言語：C++, SystemVerilog, Rust, C# •組込みRust本の1割くらい書きました (サンプルアプリ作ったり、デバッガ試したり)→ 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた 2

SORACOM Discovery 2021 Online 当日 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた •SORACOM Arcが発表された • WireGuardによるVPNにて インターネットからSORACOMサービスに接続 •ESP32等で接続できるとおもしろいのでは？ • ESP32: EspressifのWiFi+BT付きマイコン •ESP32向けWireGuard実装を探したが見つからず放置 3

およそ2週間後くらい facebookにて 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた 4

およそ2週間後くらい facebookにて 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた これは煽りに違いない やれってことですね！ 5

もうちょっとくわしく 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた •lwIP(組込み向けIPスタック)向けWireGuard実装あり！ • https://github.com/smartalock/wireguard-lwip • 3条項BSDライセンス •ESP-IDF (ESP32公式フレームワーク) もlwIP使用 • Arduino core for the ESP32も同じ •動かせるのでは？ 6

調整してみた結果をTweet 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた 7

やっぱばれた 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた 8

どういうこと？ 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた • 100.127.100.127 (pong.soracom.io) からのping応答 →SORACOM サービスにつながってる ESP-IDFの標準ログフォーマット (つまりESP32で動いている) 9

動かすためにやったこと(1) 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた •WireGuard for lwIPのIPv6有効版lwIP対応 • 基本的に ipaddr_t を使うように修正 • IPv4が必要な部分は適宜変換関数・マクロを呼ぶように修正 10

ビルド通った！ 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた •ビルド通ったので動かしてみた •試しに自宅VPN用のWireGuardに接続 •つながった！ • が、Endpointにしかpingが届かない • VPN接続先ネットワーク内のホストに到達できず… •なんでだ？ ESP32 スマート フォン WireGuard Endpoint (RPi4) インターネット 他のホスト 11

動かすためにやったこと(2) 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた •アプリ送信データがWiFiに直接流れる… •lwIPはルーティング機構が存在しない • netif指定でsend: netif経由で送信 • それ以外: デフォルトnetif経由で送信 •WireGuard netifをデフォルトに変更 アプリ WireGuard netif WiFi netif send udp_sendto 修正前: デフォルト=WiFi アプリ WireGuard netif WiFi netif udp_sendto_netif(WiFi) send 修正前: デフォルト=WireGuard 12

動かすためにやったこと(3) 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた •WireGuardのハンドシェークは現在時刻を使用している •要求受信側はハンドシェーク時の時刻が 前回より進んでいない場合ハンドシェーク拒否 • RTCでの時刻保持やNTPでの時刻同期が必要 •今回はNTPで時刻同期するようにして対応 • ESP32 ArduinoではconfigTime関数呼び出すだけ 13

もうちょっと応用例 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた •pingは面白くないのでHarvest Dataにデータ投げる例 ESP32 uptime (起動後経過時間) [ms] count (送信回数) 64[bit] = 8[byte] 2つ =16[byte] バイナリ { "uptime":1016378, "count":201, "imsi":"...", "name":"", "location":null, "timestamp":1627205656599 } OrbitでJSONに変換 Harvest Dataに投入 14

もうちょっと応用例 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた •Harvestで結果確認 15

Arduino Library化 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた •WireGuard IF部分を ESP32用にArduino Library化 •Arcでuptime送信サンプル付き 16

Arduino Library化 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた • 使い方は簡単 • WireGuard型変数宣言 • NTP時刻調整 • WireGuard::begin呼び出し • ArcのJSONに含まれている 接続情報を引数で渡す • あとはWiFi同様に 通信処理を記述 // WireGuard configuration --- UPDATE this configuration from JSON char private_key[] = "(Private Key) "; // [Interface] PrivateKey IPAddress local_ip(1,2,3,4); // [Interface] Address char public_key[] = "(Public Key)"; // [Peer] PublicKey char endpoint_address[] = "link.arc.soracom.io"; // [Peer] Endpoint int endpoint_port = 11010; // [Peer] Endpoint ... static WireGuard wg; static HTTPClient httpClient; void setup() { Serial.begin(115200); Serial.println("Connecting to the AP..."); WiFi.begin(ssid, password); while( !WiFi.isConnected() ) { delay(1000); } Serial.println("Adjusting system time..."); configTime(9 * 60 * 60, 0, "ntp.jst.mfeed.ad.jp", "ntp.nict.jp", "time.google.com"); Serial.println("Connected. Initializing WireGuard..."); wg.begin( local_ip, private_key, endpoint_address, public_key, endpoint_port); } 17

現状の課題(1/2) 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた •乱数生成処理の妥当性 • WireGuard for lwIPではサンプルでrand()を使って実装 • 必ず置き換えるようにとコード中にコメントあり • randは容易に推測可能なため •とりあえずESP32のハードウェア乱数 + mbedTLSのCTR-DRBG実装で乱数生成を実装 •専門ではないのでこれでいいのかよくわからん… • だれか詳しい人おしえてください。 18

現状の課題(2/2) 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた •WireGuard接続情報はスケッチにハードコード • 真面目に使うなら暗号化NVSに保存などが必要 19

未確認事項 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた •通信パフォーマンスがどれくらいか不明 • 余裕があったらiperfサンプルあたり動かしたい • ESP32向け最適化の余地があるかも 20

ソースコードなど 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた •https://github.com/ciniml/WireGuard-ESP32-Arduino •https://github.com/ciniml/ESP32_WireGuard 21

おしまい 2021/7/27 ESP32 SORACOM Arc で つないでみた 22