【ROS2】高级:安全-设置安全性

目标：使用 sros2 设置安全性。

教程级别：高级

时间：15 分钟

内容

• 背景

• 安装

  • 从源代码安装

  • 选择替代中间件

• 运行演示

  • 1. 为安全文件创建一个文件夹
  • 2. 生成密钥库
  • 3. 生成密钥和证书
  • 4. 配置环境变量
  • 5. 运行 talker/listener 演示

• 参加测验！

• 了解更多！

背景

sros2 包提供了在 DDS-Security 之上使用 ROS 2 的工具和说明 。安全功能已在各个平台（Linux、macOS 和 Windows）以及不同语言（C++ 和 Python）中进行了测试。SROS2 旨在与任何安全中间件一起使用，尽管并非所有中间件都是开源的，并且支持因使用的 ROS 发行版而异。如果遇到任何支持问题，请联系 ROS 2 安全工作组。https://docs.ros.org/en/jazzy/The-ROS2-Project/Governance/Working-Groups.html#security-working-group

安装

通常在使用 ROS 2 安装指南https://docs.ros.org/en/jazzy/Installation.html 和配置指南https://docs.ros.org/en/jazzy/Tutorials/Beginner-CLI-Tools/Configuring-ROS2-Environment.html 进行安装后即可获得安全性。但是，如果您打算从源代码安装或切换中间件实现，请考虑以下注意事项：

从源代码安装(compile Fast DDS)

在从源代码安装之前，您需要安装一个最近版本的 openssl（1.0.2g 或更高版本）：

sudo apt update
sudo apt install libssl-dev

Fast DDS 需要额外的 CMake 标志来构建安全插件，因此需要修改 colcon 调用以传递：

colcon build --symlink-install --cmake-args -DSECURITY=ON

cxy@cxy-Ubuntu2404:~/ros2_jazzy$ sudo apt update
cxy@cxy-Ubuntu2404:~/ros2_jazzy$ sudo apt install libssl-dev
cxy@cxy-Ubuntu2404:~/ros2_jazzy$ colcon build --symlink-install --cmake-args -DSECURITY=ON

选择替代的中间件

如果您选择不使用默认的中间件实现，请务必在继续之前更改您的 DDS 实现 https://docs.ros.org/en/jazzy/Installation/DDS-Implementations.html 。

Ubuntu Linux 源代码安装
# 1. RTI Connext（版本 6.0.1，仅 amd64）
ROS 2 apt 仓库中提供的 Debian 软件包
您可以安装在 ROS 2 apt 仓库中提供的 RTI Connext 的 Debian 软件包。您需要接受 RTI 的许可。


sudo apt update && sudo apt install -q -y rti-connext-dds-6.0.1


源设置文件以设置 NDDSHOME 环境变量。
cd /opt/rti.com/rti_connext_dds-6.0.1/resource/scripts && source ./rtisetenv_x64Linux4gcc7.3.0.bash; cd -
注意：使用 zsh 时，您需要位于脚本所在的目录中，以便正确运行


现在您可以正常构建，并且对 RTI 的支持也将被构建。






# 2. 来自 RTI 的官方二进制软件包
您可以通过大学、购买或评估提供的选项，安装由 RTI 提供的 Linux 版 Connext 6.0.1 软件包。


下载后，在 .run 可执行文件上使用 chmod +x ，然后执行它。请注意，如果您要安装到系统目录，请同时使用 sudo 。


默认位置是 ~/rti_connext_dds-6.0.1


安装后，运行 RTI 启动器并指向您的许可证文件（从 RTI 获得）。


将以下行添加到您的 .bashrc 文件中，指向您的许可证副本。
export RTI_LICENSE_FILE=path/to/rti_license.dat


请获取安装文件以设置 NDDSHOME 环境变量。
cd ~/rti_connext_dds-6.0.1/resource/scripts && source ./rtisetenv_x64Linux4gcc7.3.0.bash; cd - 
现在您可以像往常一样构建，并且还将构建对 RTI 的支持。




Ubuntu Linux 二进制安装


RTI Connext（版本 6.0.1，仅 amd64）
要使用 RTI Connext DDS，有适用于大学、购买或评估的全套安装选项，或者您可以安装 RTI Connext 6.0.1 的仅库 Debian 软件包，该软件包可从 OSRF Apt 存储库中获得，且在非商业许可下使用。


要安装仅包含库的 Debian 软件包：
sudo apt update && sudo apt install -q -y rti-connext-dds-6.0.1


您需要接受 RTI 的许可协议，并在安装中找到一个'rti_license.dat'文件。


将以下行添加到您的 .bashrc 文件中，指向您的许可证副本（并引用它）。
export RTI_LICENSE_FILE=path/to/rti_license.dat


所有选项都需要您获取安装文件以设置 NDDSHOME 环境变量
cd /opt/rti.com/rti_connext_dds-6.0.1/resource/scripts && source ./rtisetenv_x64Linux4gcc7.3.0.bash; cd - 


注意：以上内容可能需要修改以匹配您的 RTI 安装位置


如果您想安装 Connext DDS-Security 插件，请参阅此页面。https://docs.ros.org/en/jazzy/Installation/DDS-Implementations/Install-Connext-Security-Plugins.html

ROS 2 允许您在运行时更改 DDS 实现。了解如何使用多个 RMW 实现来探索不同的中间件实现。https://docs.ros.org/en/jazzy/How-To-Guides/Working-with-multiple-RMW-implementations.html

请注意，不支持（不同中间件）供应商之间的安全通信。

运行演示

1. 为安全文件创建一个文件夹

首先创建一个文件夹来存储此演示所需的所有文件：

Linux:

mkdir ~/sros2_demo

2. 生成密钥库

使用 sros2 工具创建密钥库。密钥库中的文件将用于为 ROS 2 graph 中的所有参与者启用安全性。

Linux:

cd ~/sros2_demo
ros2 security create_keystore demo_keystore

3. 生成密钥和证书

一旦创建了密钥库，为每个启用了安全性的节点创建密钥和证书 。对于我们的演示，包括 talker 和 listener 节点。此命令使用 create_enclave 功能，该功能将在下一个教程中更详细地介绍。

ros2 security create_enclave demo_keystore /talker_listener/talker
ros2 security create_enclave demo_keystore /talker_listener/listener

4. 配置环境变量

三个环境变量允许中间件定位加密材料并启用（并可能强制）安全性 。这些和其他与安全相关的环境变量在 ROS 2 DDS-Security Integration 设计文档中有描述。https://design.ros2.org/articles/ros2_dds_security.html

Linux:

export ROS_SECURITY_KEYSTORE=~/sros2_demo/demo_keystore
export ROS_SECURITY_ENABLE=true
export ROS_SECURITY_STRATEGY=Enforce

这些变量需要在用于演示的每个终端中定义。为了方便，您可以将它们添加到您的启动环境中。

5. 运行 talker/listener 演示

启动 talker 节点以开始演示。

ros2 run demo_nodes_cpp talker --ros-args --enclave /talker_listener/talker

在另一个终端中，执行相同的操作以启动 listener 节点。此终端中的环境变量必须按照上述步骤 4 中的描述正确设置。

ros2 run demo_nodes_py listener --ros-args --enclave /talker_listener/listener

这些节点将使用身份验证和加密进行通信！如果你查看数据包内容（例如，使用 tcpdump 或 Wireshark ，如在另一个教程中所述），你可以看到消息是加密的。

注意：您可以任意切换 C++（demo_nodes_cpp）和 Python（demo_nodes_py）包。

**这些节点之所以能够通信，是因为我们为它们创建了适当的密钥和证书。**在回答以下问题时，请保持两个节点运行。

参加测验！

问题 1

打开另一个终端会话，但不要设置环境变量，以便不启用安全性。启动监听器。你期望会发生什么？

答案1： 监听器启动了，但没有接收到任何消息。所有流量都是加密的，如果没有启用安全功能，监听器什么也接收不到。

问题 2

停止监听器，将环境变量 ROS_SECURITY_ENABLE 设置为 true ，然后重新启动监听器。这次你期望有什么结果？

答案2：监听器仍然启动，但无法接收消息。尽管现在已经启用了安全性，但由于 ROS 无法找到密钥文件，因此未正确配置安全性 。监听器启动，但由于未强制执行安全性，因此以非安全模式启动，这意味着尽管正确配置的发言者正在发送加密消息，但此监听器无法解密这些消息。

问题 3

停止监听并将 ROS_SECURITY_STRATEGY 设置为 Enforce 。现在会发生什么？

答案3：监听器启动失败。安全功能已经被启用并正在强制执行。由于它仍然没有被正确配置 ，系统会抛出错误而不是以非安全模式启动。

了解更多！

你准备好进一步了解 ROS 安全性了吗？看看Secure Turtlebot2 演示 https://github.com/ros-swg/turtlebot3_demo 。你会发现一个功能齐全且复杂的 ROS 2 安全性实现，准备好尝试你自己的自定义场景。请务必在此处创建拉取请求和问题，以便我们继续改进 ROS 的安全支持！