Raspberry Pi valvekaamera

From EIK wiki

Käesoleva artikli eesmärk on anda juhised, kuidas Raspberry Pi näitel oleks võimalik püsti panna valvesüsteem ja seda lihtsaimal moel. Autor on valinud netist allatõmmatava lahenduse, kuid käsitletavad teemad ja viited on piisavad, et nende põhjal luua oma vajadustele põhinev süsteem. Artikkel ei keskendu kaamera jms peenseadistustele.

Artikkel eeldab sudo õigustes käskude sisestamist.

Sissejuhatus

Raspberry Pi on väga laia kasutust leidnud ARM protsessoriga mikroarvuti, millest saab ehitada kõikvõimalikke erinevaid huvitavaid projekte, alustades programmeerimisplatvormist ja lõpetades heeliumpalliga stratosfääri lennutatud aerofotosid tegeva ilmajaamaga (High Altitude Ballooning, Near Space Photography). Raspberry Pi kaamera aga on üks paljudest moodulitest, mis lisab mikroarvutile kasutusala. Üks võimalikke väljundeid ongi valvesüsteem, mis turul olevate valmislahenduste kõrval on suhteliselt odav ja seadistatav igaühe soovide järgi.

Süsteemi kirjeldus

Eeldused

  • Oskus lugeda tehnilisi dokumentatsioone
  • Algteadmised GNU/Linuxi (edaspidi: Linux) käsureast
  • Algteadmised programmeerimisest (et skriptide sisu mõista ja vastavalt vajadustele muuta)
  • Oskus käsitleda jootekolbi tuleb kasuks[ext 1][ext 2]
  • Loomingulisus

Riistvara

Komponendid

Lisad

  • Mälupulk
  • PIR ehk infrapunaliikumisandur[8][ext 3]
  • Emane-emane ühendusjuhtmed PIR-ile, kui neid kaasas pole (jumper wire F/F)
  • Katkematu vooluallika tarbeks võib veel lisada ka akupanga[9]
  • Lisada võib ka telefonile mõeldud kaamera objektiivi adapteri, et vaatevälja suurendada (wide angle lens) või miks mitte kalasilma või teleobjektiivi[10]

Tarkvara

  • Raspbian operatsioonisüsteem[ext 4]
  • SD-kaardi vormindamise haldusvahend (nt MS Windows (edaspidi: Windows) ja macOS: SD Formatter[ext 5]; Linux: GParted[ext 6])
  • Lahti pakkija (nt Windows: 7-Zip[ext 7]; Linux: Unzip[ext 8]; macOS: The Unarchiver[ext 9])
  • Tõmmise kirjutamise haldusvahend (nt Etcher- toetab nii Windowsit, Linuxit kui ka macOS'i[ext 10])
  • SSH klient (Linux ja macOS: terminal; Windows: PuTTy või Bitvise[ext 11])
  • RPi Cam Web Interface veebirakendus kõige kontrollimiseks[ext 12]
  • Meiliteavituste saatmiseks klient (nt sSMTP[ext 13])

NB! Kuigi välja on toodud graafilise liidesega tarkvarad, siis õppe eesmärgil kasutatakse antud artiklis maksimaalselt käsurea vahendeid (sudo õigustes).

Töövahendid

Töövahendid
  • Jootmisvahendid
  • Kolmas käsi
  • Kruvikeeraja
  • Kartonginuga
  • Kuumaliim
  • Teip
  • jms

Töövahendid on pildil Töövahendid

Riistvara ühendamine[ext 14][ext 15][ext 16][ext 17]

  • NoIR kaamera ühendamine pildil[src 1]
NoIR kaamera
NoIR kaamera moodul ühendatud plaadiga

Ühendada kaamera lintkaabel pessa selliselt, et kontaktid oleksid vastakuti (Raspberry Pi 1 B puhul kaabli kontaktid suunatud HDMI pesa poole).

  • Bright Pi ühendamine pildil[src 2]
Bright Pi valgusti
Bright Pi ühendatud plaadiga

Bright Pi jootmisel sisestada LED'id selliselt, et lühem jalg on noole otstes.

Pildilt vaadatuna on juhtmed:

  1. must - pin 6 (GND)
  2. valge - pin 4 (5V)
  3. hall - pin 5 (SDA1/i2c)
  4. lilla - pin 3 (SCL1/i2c)

Juhtmed ühendatud:

  1. pin 2 (5V)
  2. pin 18 (GPIO 24)
  3. pin 20 (GND)
  • Kõik seadmed GPIO küljes pildil
NoIR + BrightPi + PIR

Paigaldamine[src 4]

Valmistame ette mälukaardi Raspbiani operatsioonisüsteemiks.[src 5][src 6]

macOS

Kasutame käsurea haldusvahendit diskutil[ext 18].

Alustame sellest, et kuvame kõik seadmed, mis süsteemile nähtavad on. Kasutame selleks käsku diskutil list [-plist] [device].

Näide:

diskutil list

Väljund:

/dev/disk0 (internal, physical):
   #:                       TYPE NAME                    SIZE       IDENTIFIER
   0:      GUID_partition_scheme                        *121.3 GB   disk0
   1:                        EFI EFI                     209.7 MB   disk0s1
   2:          Apple_CoreStorage Macintosh HD            120.5 GB   disk0s2
   3:                 Apple_Boot Recovery HD             650.0 MB   disk0s3

/dev/disk1 (internal, virtual):
   #:                       TYPE NAME                    SIZE       IDENTIFIER
   0:                  Apple_HFS Macintosh HD           +120.1 GB   disk1
                                 Logical Volume on disk0s2
                                 A311BC5A-A369-4C74-8FBB-E76B7904BB6D
                                 Unlocked Encrypted

/dev/disk2 (internal, physical):
   #:                       TYPE NAME                    SIZE       IDENTIFIER
   0:     FDisk_partition_scheme                        *7.9 GB     disk2
   1:               Windows_NTFS Untitled                7.9 GB     disk2s1

Antud artiklis kasutame /dev/disk2 seadet sest see on meie mälukaart, kuhu me Raspbiani peale paneme.

Et näha, mis formaati saab vormindada ja milline peab olema parameetri kirjapilt, kasutame käsku diskutil listFilesystems [-plist].

Näide:

diskutil listFilesystems

Väljund:

Formattable file systems

These file system personalities can be used for erasing and partitioning.
When specifying a personality as a parameter to a verb, case is not considered.
Certain common aliases (also case-insensitive) are listed below as well.

-------------------------------------------------------------------------------
PERSONALITY                     USER VISIBLE NAME                               
-------------------------------------------------------------------------------
ExFAT                           ExFAT                                           
Free Space                      Free Space                                      
  (or) free
MS-DOS                          MS-DOS (FAT)                                    
MS-DOS FAT12                    MS-DOS (FAT12)                                  
MS-DOS FAT16                    MS-DOS (FAT16)                                  
MS-DOS FAT32                    MS-DOS (FAT32)                                  
  (or) fat32
HFS+                            Mac OS Extended                                 
Case-sensitive HFS+             Mac OS Extended (Case-sensitive)                
  (or) hfsx
Case-sensitive Journaled HFS+   Mac OS Extended (Case-sensitive, Journaled)     
  (or) jhfsx
Journaled HFS+                  Mac OS Extended (Journaled)                     
  (or) jhfs+


Vormindame mälukaardi FAT32 formaati ja paneme nimeks RASPBIAN (peab olema läbiva suure tähega). Kasutame selleks käsku diskutil eraseDisk <format> <NAME> [APM[Format] | MBR[Format] | GPT[Format]] <device>.

Näide:

diskutil eraseDisk FAT32 RASPBIAN MBRFormat /dev/disk2

Väljund:

Started erase on disk2
Unmounting disk
Creating the partition map
Waiting for partitions to activate
Formatting disk2s1 as MS-DOS (FAT32) with name RASPBIAN
512 bytes per physical sector
/dev/rdisk2s1: 15485368 sectors in 1935671 FAT32 clusters (4096 bytes/cluster)
bps=512 spc=8 res=32 nft=2 mid=0xf8 spt=32 hds=255 hid=8192 drv=0x80 bsec=15515648 bspf=15123 rdcl=2 infs=1 bkbs=6
Mounting disk
Finished erase on disk2

Laeme alla ja pakime lahti Raspbian operatsioonisüsteemi. Lahti pakkimiseks kasutame TAR[ext 19] haldusvahendit ja käsku tar -xf <archive-filename>.

Näide (asukohaks kaust, kus pakk asub):

tar -xf 2017-09-07-raspbian-stretch.zip

Kirjutame lahti pakitud tõmmise mälukaardile dd[ext 20] haldusvahendi käsuga dd [bs=n if=[file] of=[file] conv=[value]].[src 7]

Näide:

Ühendame seadme lahti:

diskutil unmountDisk /dev/disk2

Väljund:

Unmount of all volumes on disk2 was successful

Kirjutame tõmmise kaardile (asukohaks kaust, kus tõmmis asub):

dd bs=1m if=2017-09-07-raspbian-stretch.img of=/dev/disk2 conv=sync

Väljund[11]:

4688+1 records in
4689+0 records out
4916772864 bytes transferred in 1716.593197 secs (2864262 bytes/sec)

Väljastame mälukaardi diskutil haldusvahendiga:

diskutil eject /dev/disk2

Väljund:

Disk /dev/disk2 ejected

Linux

TODO

Windows

Disk-Part haldusvahend

diskpart
list disk
select disk 1
clean
clean all
create partition primary
select partition 1
active
format fs=fat32

VAJAB TÄIENDAMIST

Raspbiani seadistamine

Jätkamise eelduseks on, et eelpaigaldatud mälukaart on sisestatud Raspberry Pi lugejasse, WiFi pulk ühendatud USB pessa[ext 21] ja Raspberry vooluvõrku ühendatud.

NB! Jätkuvalt tuleb käsud sisestada sudo õigustes.

WLAN seadistamine[src 8]

Kõige esimese asjana ühendame Raspberry Pi WiFi võrku.

Kui Raspbian on käima läinud, avame terminali (CTRL+ALT+T) ja skanneerime saadaval olevaid WiFi võrke.

Näide:

iwlist wlan0 scan

Väljund:

wlan0     Scan completed :
          Cell 01 - Address: 84:16:F9:C8:4D:F6
                    Channel:9
                    Frequency:2.452 GHz (Channel 9)
                    Quality=59/70  Signal level=-51 dBm  
                    Encryption key:on
                    ESSID:"WASD"
                    Bit Rates:1 Mb/s; 2 Mb/s; 5.5 Mb/s; 11 Mb/s; 6 Mb/s
                              9 Mb/s; 12 Mb/s; 18 Mb/s
                    Bit Rates:24 Mb/s; 36 Mb/s; 48 Mb/s; 54 Mb/s
                    Mode:Master
                    Extra:tsf=000000f2674b8ed2
                    Extra: Last beacon: 25960ms ago
                    IE: Unknown: 000B6B61726A612D616E747375
                    IE: Unknown: 010882848B960C121824
                    IE: Unknown: 030109
                    IE: Unknown: 2A0100
                    IE: IEEE 802.11i/WPA2 Version 1
                        Group Cipher : CCMP
                        Pairwise Ciphers (1) : CCMP
                        Authentication Suites (1) : PSK
                    IE: Unknown: 32043048606C
                    IE: Unknown: 2D1AEF111BFFFF000000000000000000000100000000000000000000
                    IE: Unknown: 3D16090F0600000000000000000000000000000000000000
                    IE: Unknown: 7F080000000000000040
                    IE: Unknown: DD180050F2020101800003A4000027A4000042435E0062322F00
                    IE: Unknown: DD0900037F01010000FF7F
                    IE: Unknown: DD930050F204104A0001101044000102103B00010310470010000102030405060708090A0B0C..

Lisame WiFi võrgu üksikasjad nano teksti redaktoriga (või muu meelepärasega) konfiguratsiooni faili:

nano /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

Lisame faili lõppu read (oma WiFi võrgu nime ja parooliga):

network={
    ssid="WASD"
    psk="WASD_parool"
}

Salvestame faili Ctrl+O kiirklahviga ning väljume failist Ctrl+X kiirklahviga.

Teeme seadistuse üle laadimise:

wpa_cli -i wlan0 reconfigure

Kontrollime, kas saime IP aadressi oma WiFi liidesele:

ifconfig wlan0

Kui inet addr taga on IP, siis on kõik õigesti siiani.

SSH[ext 22]

Lubame SSH. Vajalik, kuna alates november 2016 väljalaskest, on see vaikimisi keelatud[src 9]. Selleks käivitame raspi-config[ext 23] haldusvahendi.

Näide:

raspi-config

Väljund:

raspi-config haldusvahend

Valime "5 Interfacing Options"

Seejärel valime "P2 SSH ..." ja kinnitame valiku "Yes" nupuga.

Väljume haldusvahendist "OK" ja "Finish" nuppudega.

SSH-ga Raspberry Pi-sse ühendumiseks, avame Linux/macOS süsteemis terminali, Windowsis PuTTY , Bitvise vms säärase ssh kliendi ja sisestame käsu ssh [kasutajanimi@ip_address][12].

Näide:

ssh pi@192.168.0.104

Peale parooli sisestamist olemegi Raspberry Pi bashis.

Staatilised võrguaadressid

Järgmisena paneme võrgukaartidele (LAN ja WLAN) staatilise ip. Selleks avame /etc/dhcpcd.conf faili (endale meelepärase teksti redaktoriga) ja lisame faili lõppu read (vastavalt oma ruuteri seadistustele):

interface eth0
static ip_address=192.168.0.110/24
static routers=192.168.0.1  
static domain_name_servers=192.168.0.1 8.8.8.8

interface wlan0
static ip_address=192.168.0.111/24
static routers=192.168.0.1  
static domain_name_servers=192.168.0.1 8.8.8.8

Salvestame muudatused ja väljume failist ning teeme restardi. Peale restarti peaksime saama määratud IP-le SSH ühenduse teha.

Välise andmekandja seadistamine[src 10]

Kasutame käsku blkid, et teada saada seadme asukoht ja uuid, mille alusel me hiljem seadme automaatselt külge haakuma paneme.

Näide:

blkid

Väljund:

/dev/mmcblk0p1: LABEL="boot" UUID="E5B7-FEA1" TYPE="vfat" PARTUUID="fc03679c-01"
/dev/mmcblk0p2: UUID="b4ea8e46-fe87-4ddd-9e94-506c37005ac5" TYPE="ext4" PARTUUID="fc03679c-02"
/dev/sda1: LABEL="1.42.6-15152" UUID="93548308-bfd1-4a12-b767-dbd0c2d7eee0" TYPE="ext4" PARTUUID="21ea6e75-01"

Meid huvitav seade antud juhul on /dev/sda1.

Haagime seadme küljest lahti ja vormindame ext4 failisüsteemiga.

Näide:

umount /dev/sda1
mkfs.ext4 /dev/sda1

Väljund:

mke2fs 1.43.4 (31-Jan-2017)
/dev/sda1 contains a ext4 file system labelled '1.42.6-15152'
	last mounted on Fri Nov  3 09:12:09 2017
Proceed anyway? (y,N) y
Creating filesystem with 1889613 4k blocks and 473280 inodes
Filesystem UUID: 85727527-4526-41fe-91ec-9ff652dad616
Superblock backups stored on blocks: 
	32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632

Allocating group tables: done                            
Writing inode tables: done                            
Creating journal (16384 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

Loome seadmele haakepunkti, luues kataloogi ja haagime külge.

Näide:

mkdir /mnt/usb_pulk
mount /dev/sda1 /mnt/usb_pulk
ls /mnt/

Väljund:

usb_pulk

Lisame /etc/fstab faili rea, et seade haagitaks külge automaatselt.

Näide:

UUID=93548308-bfd1-4a12-b767-dbd0c2d7eee0 /mnt/usb_pulk ext4 defaults,auto,nofail,umask=000,users,rw 0 0

Saame nüüd soovi korral osa andmeid välisele andmekandjale suunata (nt logifailid ja kaamera meediafailid).

Valve seadistamine[ext 24]

Riistvara tööle panek ja testimine

Kaamera[ext 25]

Käivitada raspi-config haldusvahend ja teha valikud vastavalt piltidele

raspi-config haldusvahend
kaamera lubamine

Testimiseks teeme pildi.

Näide:

raspistill -o pilt.jpg

Bright Pi

Toimida vastavalt piltidele.

raspi-config haldusvahend
i2c lubamine

Testimiseks kasutada käsku i2cdetect -y 1 (kui see annab errorit, võib proovida i2cdetect -y 0).

Näide:

i2cdetect -y 1

Väljund:

     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
70: 70 -- -- -- -- -- -- --

Antud väljund näitab, et meil on üks seade ühendatud, järelikult Bright Pi on õigesti seadistatud.

Testimiseks sisestada käsk i2cset -y 1 0x70 0x00 0xa5, mis pane põlema kõik infrapuna LED'id. Kui nüüd pilti teha käsuga raspistill -o pilt.jpg peaks pilt olema hallides toonides. Alternatiivselt võib suunata LED'id kaamerasse ja peaks näha olema nende helendamist.

Mõned olulisemad koodi näited[src 11]:

  • kõikide valgete LED'ide sisse lülitamine
i2cset -y 1 0x70 0x00 0x5a
  • kõikide infrapuna LED'ide sisse lülitamine
i2cset -y 1 0x70 0x00 0xa5
  • kõikide LED'ide sisse lülitamine
i2cset -y 1 0x70 0x00 0xff
  • intensiivsuse suurendamine
i2cset -y 1 0x70 0x09 0x0f
  • valgete LED'ide ereduse tõstmine
i2cset -y 1 0x70 0x02 0x32
i2cset -y 1 0x70 0x04 0x32
i2cset -y 1 0x70 0x05 0x32
i2cset -y 1 0x70 0x07 0x32
  • infrapuna LED'ide ereduse tõstmine
i2cset -y 1 0x70 0x01 0x32
i2cset -y 1 0x70 0x03 0x32
i2cset -y 1 0x70 0x06 0x32
i2cset -y 1 0x70 0x08 0x32
  • kõikide LED'ide välja lülitamine
i2cset -y 1 0x70 0x00 0x00

Lisame ajastatud toimingu, mis käivitab ühe skripti, kui päike hakkab loojuma (ligikaudne aeg) ja teise skripti, kui tõusma hakkab.[src 12]

Selleks kloonime skriptid GitHubist:

git clone https://github.com/raspberrycoulis/brightpi-control.git

Teeme kõik skriptid käivitatavateks käsuga chmod +x [skript].

Avame croni muutmiseks käsuga sudo crontab -e ja lisame sinna näiteks read:

0 16 * * * /bin/sh /home/pi/brightpi-control/IR-on.sh >> /var/log/cron/bright_pi.log
0 8 * * * /bin/sh /home/pi/brightpi-control/all-off.sh >> /var/log/cron/bright_pi.log

PIR[src 13][src 14][src 15]

Pealt vaates (objektiiv suunatud alla, oranžid potensiomeetrid enda poole) on vasakpoolne potensiomeeter tundlikkuse reguleerimiseks (päripäeva keerates suureneb tundlikkus ~5m-7m) ja parempoolne potensiomeeter aegviite reguleerimiseks (päripäeva keerates suureneb viite aeg 5s-300s). Vasakus servas on jumper, mis positsioonil H (vaikepositsioon) registreerib liikumist seni, kuni liikumine kestab, pikendades aegviidet pidevalt ja positsioonil L registreerib liikumise aegviite jooksul ja lõpetab liikumise registreerimise, kui aegviide on läbi.

Kontrollida, et /etc/modules failis on read i2c-bcm2708 ja i2c-dev.

Kontrollida, et /boot/config.txt failis on read dtparam=i2c1=on ja dtparam=i2c_arm=on.

Testimiseks käivitada skript ning tekitada anduri ees liikumist:

import RPi.GPIO as GPIO
import time

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
PIR_PIN = 24
GPIO.setup(PIR_PIN, GPIO.IN)

def MOTION(PIR_PIN):
               print Motion Detected!”

print PIR Module Test (CTRL+C to exit)
time.sleep(2)
print Ready

try:
               GPIO.add_event_detect(PIR_PIN, GPIO.RISING, callback=MOTION)
               while 1:
                              time.sleep(100)
except KeyboardInterrupt:
               print  Quit
               GPIO.cleanup()

NB!PIR_PIN väärtuseks peab olema, GPIO number, kuhu on ühendatud anduri signaali juhe (mitte pini järjekorra number). Antud juhul on selleks pin järjekorra numbriga 18 programmilise väärtusega GPIO 24.

Skripti väljundiks peaks tulema midagi sellist:

PIR Module Test (CTRL+C to exit)
Ready
Motion Detected!
Motion Detected!

RPi Cam Web Interface paigaldamine[src 16]

RPi Cam Web Interface on valmis veebirakendus, millega saab vähese vaevaga kaamera töövalmis seada, kaamera peenseadistusi teha, teha videosalvestust, jms.

Kloonime tarkvara repositooriumi GitHubist:

git clone https://github.com/silvanmelchior/RPi_Cam_Web_Interface.git

Paigaldamiseks liigume RPi_Cam_Web_Interface kausta ja käivitame paigaldamise skripti:

cd RPi_Cam_Web_Interface
./install.sh

Avanevas aknas on võimalus muuta pildil nähtavaid vaikesätteid:

install.sh

Olulised kohad veebirakenduse sätete muutmisel:

  • /RPi_Cam_Web_Interface kaust <- sisaldab skripte, millega saab rakendust muuta, eemaldada
  • /var/www/ <- veebirakenduse baas
  • /etc/raspimjpeg <- konfiguratsioonifail, mis sisaldab samu sätteid, mis veebiliideski ja kus saab muuta meedia salvestamise sihtkohta
  • /etc/motion <- motioni sätted

Avades nüüd RPi ip aadress (kui paigaldamisel märgitud alamkaust ja pordiks midagi muud kui 80, siis koos alamkausta ja pordiga) peaks avanema kaamera otsevaade.

RPI esileht

Siin saab teha peenseadistusi. Pildidelt näha mõningad neist.

Kaamera sätted
Süsteemi sätted

Välisvõrgust ligipääs

Selleks, et väljaspool sisevõrku otseülekannet näha, tuleb koduruuteris port suunata.

Näide:

raspberry sisevõrgu aadress on: 192.168.0.110
port: 8081
ISP poolt saadud staatiline ip: 12.123.123.123

ruuteris tuleb:

pordi suunamise lehel määrata väline port: nt 80
sisemine port (sama, mis seadistamisel pandud): 8081
sisemine IP (raspberry IP): 192.168.0.110

Peale seda saab välisvõrgust kaamera pilti vaadata aadressil http://staatiline_IP:80.

Turvalisuse lisamine[src 17]

Konto seaded

Muudame "pi" kasutaja vaikimisi parooli:

passwd pi

Paneme "sudo" parooli nõudma:

nano /etc/sudoers.d/010_pi-nopasswd

Muudame faili sisu selliselt:

pi ALL=(ALL) PASSWD: ALL

Ajastatud toimingud[src 18]

Lisame ajastatud toimingu, mis uuendab igapäevaselt SSH-d. Loome esmalt bash skripti /usr/local/bin kausta.

Näide faili sisust:

#!/bin/bash

# Author: Evelin Padjus
# Created: 31.10.2017
#
# Update openssh-server package

export LC_ALL=C	

sudo apt-get install --only-upgrade openssh-server

Me võiks ka otse cron jobi lisada käsu nt apt-get -y install openssh-server, aga me ilmselt soovime seda skripti täiendada aja jooksul.

Avame crontabi muutmiseks käsuga sudo crontab -e ja lisame sinna rea:

00 00 * * * bash /usr/local/bin/daily_update.sh >> /var/log/cron/daily_update.log

See rida tähendab, et käivitatakse /usr/local/bin/daily_update.sh skript iga päev kell 00:00 ja tegevus logitakse /var/log/cron/daily_update.log" logifaili. Logikaust peab olemas olema.

NB! Selle paketi uuendamise eesmärk on hoolitseda selle eest, et SSH võimalikud turvaaugud oleksid paigatud. Kuna meil eraldi testkeskkonda pole, siis ei soovi artikli autor kogu süsteemi uuendamist automatiseerida (nii mõnigi teenus võib sellest töötamast lakata või teenuse seadistus kaduda). Töökeskkonnas siiski sellist üksikpaketi uuendamist ei praktiseerita.

Võtmefailiga SSH ühendus[src 19]

Järgmisena lisame SSH-le võtmefailiga sisselogimise. Selleks loome võtmepaari arvutis, millega ühenduda soovime.

Näide:[src 20]

ssh-keygen -t rsa -b 4096 -C "Evelin Padjus, evelin@...."

-t määrab krüpteerimise algoritmi, -b võtme pikkus bittides, -C lisab kommentaari

Väljund:

Generating public/private rsa key pair.
Enter file in which to save the key (/Users/eve/.ssh/id_rsa): 
Enter passphrase (empty for no passphrase): 
Enter same passphrase again: 
Your identification has been saved in /Users/eve/.ssh/id_rsa_evelin.
Your public key has been saved in /Users/eve/.ssh/id_rsa_evelin.pub.
The key fingerprint is:
SHA256:0gYu5M/xdtdOBaFceQiIYcIbX52J83ODDGeQinL3BCA Evelin Padjus, evelin@....
The key's randomart image is:
+---[RSA 4096]----+
|    E.o.oo.*.+oo |
|     .ooo B.*oo..|
|    . .= + Bo... |
|   o..+o+ . = o. |
|    oo+.So   o ..|
|     + =  .  . . |
|      o o . . o  |
|       . . . o   |
|              .  |
+----[SHA256]-----+

Tulemuseks on 2 faili: salajane võti /Users/eve/.ssh/id_rsa_evelin ja avalik võti /Users/eve/.ssh/id_rsa_evelin.pub. Salajane võti peab jääma masinasse, millega ühendutakse ja avalik võti tuleb Raspberry Pi-sse toimetada.

Kopeerime avaliku võtme Raspberry'sse:

ssh-copy-id -i /Users/eve/.ssh/id_rsa_evelin.pub pi@192.168.0.111

Väljund:

/usr/bin/ssh-copy-id: INFO: Source of key(s) to be installed: "/Users/eve/.ssh/id_rsa_evelin.pub"
/usr/bin/ssh-copy-id: INFO: attempting to log in with the new key(s), to filter out any that are already installed
/usr/bin/ssh-copy-id: INFO: 1 key(s) remain to be installed -- if you are prompted now it is to install the new keys
pi@192.168.0.111's password: 

Number of key(s) added:        1

Now try logging into the machine, with:   "ssh 'pi@192.168.0.111'"
and check to make sure that only the key(s) you wanted were added.

Teeme muudatused /etc/ssh/sshd_config failis järgnevalt:

ChallengeResponseAuthentification no
PasswordAuthentification no
UsePAM no

NB! Nende kolme reaga keelatakse ära parooliga autentimine üls SSH. Need on artiklis esitatud selleks, et demonstreerida, kuidas turvalisust tõsta, kuid töökeskkonnas peab see olema läbimõeldud tegevus (kui võtmefailidega midagi juhtub, saab arvutile ligi vaid lokaalselt).

Kui me juba siin failis oleme, siis lisame sinna ka read:

PermitRootLogin no

"root" kasutaja ei saa SSH-ga ühenduda.

AllowUsers pi

Lubame vaid "pi" kasutajale SSH ühenduse.

Viimaks teeme restardi ja peale seda saame SSH ühenduse juba teha võtmefailiga.

Näide:

ssh -i /Users/eve/.ssh/id_rsa_evelin pi@192.168.0.111
Last login: Tue Oct 31 22:25:17 2017 from 192.168.0.122

Võtmepaariga SSH ühenduse loomise tarbeks oleks mõistlik luua klientmasinasse alias.

HTTPS ligipääs

Selleks, et kaamera pildi vaatamine üle võrgu turvalisem oleks, tuleks https seadistada ja http ümber suunata https-i peale.

Loome võtme:

openssl genrsa -out /etc/ssl/root_ca.key 2048

Väljund:

Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
......+++
.+++
e is 65537 (0x010001)
openssl req -new -x509 -days 365 -key /etc/ssl/root_ca.key -out /etc/ssl/root_ca.crt

Väljund:

You are about to be asked to enter information that will be incorporated
into your certificate request.
What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.
There are quite a few fields but you can leave some blank
For some fields there will be a default value,
If you enter '.', the field will be left blank.
-----
Country Name (2 letter code) [AU]:ee
State or Province Name (full name) [Some-State]:Raplamaa
Locality Name (eg, city) []:
Organization Name (eg, company) [Internet Widgits Pty Ltd]:asd.com
Organizational Unit Name (eg, section) []:
Common Name (e.g. server FQDN or YOUR name) []:secam01.asd.com
Email Address []:

Serveri privaatvõtme loomine:

openssl genrsa -out /etc/ssl/server.key 2048

Väljund:

Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
.................................+++
.........+++
e is 65537 (0x010001)
openssl req -new -key /etc/ssl/server.key -out /etc/ssl/server.csr

Väljund:

You are about to be asked to enter information that will be incorporated
into your certificate request.
What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.
There are quite a few fields but you can leave some blank
For some fields there will be a default value,
If you enter '.', the field will be left blank.
-----
Country Name (2 letter code) [AU]:ee
State or Province Name (full name) [Some-State]:Raplamaa
Locality Name (eg, city) []:
Organization Name (eg, company) [Internet Widgits Pty Ltd]:asd.com
Organizational Unit Name (eg, section) []:
Common Name (e.g. server FQDN or YOUR name) []:kaamera.asd.com
Email Address []:

Please enter the following 'extra' attributes
to be sent with your certificate request
A challenge password []:
An optional company name []:asd.com
openssl x509 -req -days 365 -in /etc/ssl/server.csr -CA /etc/ssl/root_ca.crt -CAkey /etc/ssl/root_ca.key -set_serial 01 -out /etc/ssl/server.crt
Signature ok
subject=C = ee, ST = Raplamaa, O = padjus.com, CN = kaamera.asd.com
Getting CA Private Key
openssl req -x509 -days 365 -key /etc/ssl/server.key -in /etc/ssl/server.csr -out /etc/ssl/server_ss.crt

Serveri võtmest parooli eemaldamine:

openssl rsa -in /etc/ssl/server.key -out /etc/ssl/server.key.insecure

Väljund:

writing RSA key
mv /etc/ssl/server.key /etc/ssl/server.key.secure
mv /etc/ssl/server.key.insecure /etc/ssl/server.key

Loodud sertifikaadid:

  • server.crt: Iseallkirjastatud serveri sertifikaat
  • server.csr: Serveri sertifikaadi allkirja taotlus
  • server.key: Serveri privaatvõti. (Ei nõua parooli apache käivitamisel)
  • server.key.secure: Serveri privaatvõti. (Nõuab parooli apache käivitamisel)
  • root_ca.crt: CA sertifikaat
  • root_ca.key: Võti millega CA allkirjastab sertifikaadi allkirja taotlusi

SSL mooduli lubamine:

a2enmod ssl
a2enmod rewrite && sudo service apache2 restart

Veedume, et Apache kuulab pordil 443 failis /etc/apache2/sites-available/default-ssl.conf ja lisame sinna sertifikaadi ja privaatvõtme asukoha:

SSLCertificateFile /etc/ssl/server.crt
SSLCertificateKeyFile /etc/ssl/server.key

Taaskäivitame teenuse:

systemctl restart apache2

TÄIENDAMISEL

Varundamine

Tõmmise tegemine[src 21]

Peale seda, kui kõik vajalik on süsteemis ära seadistatud, teeme mälukaardist tõmmise dd haldusvahendiga.

Näide:

sudo dd bs=4m if=/dev/disk2 of=raspbian.img

Väljund:

1895+0 records in
1895+0 records out
7948206080 bytes transferred in 970.554788 secs (8189343 bytes/sec)

Kataloogide varundamine NAS-i[src 22][src 23]

Varundame meile vajalikud kaustad rsynciga NAS seadmesse (käesolevas artiklis tehakse seda Synology NAS-i, aga samalaadselt peaks see ka töötama QNAPis vms NAS seadmes, mis toetab rsynci).

Loome esmalt NAS-i jagatud kausta hierarhia (näide piltidel).

Jagatud kaust NAS-is
Kausta hierarhia

Meil on nüüd NAS-ile samuti võtmepaari vaja. Töökeskkonnas peab lähtuma sellest, kuidas konkreetse ettevõtte IT infrastruktuuris mõistlik oleks hallata SSH võtmeid:

  • kas luus üks globaalne võtmepaar, mille puhul sama privaatne võti pannakse igasse klientmasinasse ja sama avalik võti igasse servermasinasse
  • luua iga serveri jaoks eraldi võtmepaar, kus kõikide serverite privaatne võti pannakse klientmasinasse
  • luua iga klientmasina kohta võtmepaar
  • iga klientmasina ja serveri paaril on oma võtmepaar

Käesolevas artiklis võtame kasutusele variandi, kus serveri privaatne võti pannakse kõikidesse klientmasinatesse. Seega kopeerime juba eespool loodud privaatvõtme NAS-i.

Näide:

scp /Users/eve/.ssh/id_rsa_evelin evelin@nas:/var/services/homes/evelin/.ssh/

Väljund:

evelin@nas's password: 
id_rsa_evelin                                                                          100% 3247   498.5KB/s   00:00

Kui nüüd SSH-d tehes RPI-sse:

ssh -i /var/services/homes/evelin/.ssh/id_rsa_evelin pi@secam01

tuleb NAS-is teade:

@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
@         WARNING: UNPROTECTED PRIVATE KEY FILE!          @
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
Permissions 0777 for '/var/services/homes/evelin/.ssh/id_rsa_evelin' are too open.
It is recommended that your private key files are NOT accessible by others.
This private key will be ignored.
Load key "/var/services/homes/evelin/.ssh/id_rsa_evelin": bad permissions
Permission denied (publickey).

Siis muudame õigusi käsuga sudo chmod 700 /var/services/homes/evelin/.ssh/id_rsa_evelin.

Nüüd saame teha SSH-d NAS-ist RPI-sse ilma parooli sisestamata (va juhul, kui võtmepaari loomisel määrasime passphrase'i).

Võtmepaariga SSH ühenduse loomise tarbeks oleks mõistlik luua klientmasinasse alias.

Järgmisena loome bashi skripti, mis hakkab NAS-is ajastatud toiminguna üle SSH varundama määratud kauste ja hoiab tulevikus neid sünkroonis.

Näide bashi skriptist[src 24]:

#!/bin/bash

# Source: http://blog.hekkers.net/2013/05/18/backing-up-raspberry-pi-to-synology-nas/
# Created: 04.11.2017
#
# Backup Raspberry Pi with rsync to Synology NAS

export LC_ALL=C	

/usr/bin/rsync -avz --delete --exclude-from=/volume1/RPI/scripts/rsync-exclude.txt -e "ssh -p 22" pi@192.168.1.110:/ /volume1/RPI/backups/test/ >> /volume1/RPI/backups/logs/test.log 2>&1

Teeme skripti käivitatavaks käsuga chmod +x backup_folders.sh.

Esimene sync võib väga kaua aega võtta, kuna kopeeritakse kõik NAS-i. Edaspidi sünkroniseeritakse vaid muudatused (incremental).

Synology NAS-is ajastatud toimingu loomine näha järgnevatel piltidel:

NAS sched task tab1.png
NAS sched task tab2.png
NAS sched task tab3.png

Galerii

Kokkuvõte

Käesolevas artiklis esitatud peatükkide läbimise tulemusel valmis valvesüsteem, mis:

  • on ühendatud sise- ja välisvõrku
    • omab ligipääsu sisevõgus üle SSH
    • omab ligipääs sise- ja välisvõrgust veebirakendusele RPi Cam Web Interface
  • tuvastab liikumist PIR-iga aga on seadistatav tuvastama liikumist tarkvaraliselt
  • on turvalisuse tõstmise eesmärgil piiratud ligipääsuga
  • sisaldab automatiseeritud tegevusi

Nagu näha, avab Raspberry Pi üha uusi võimalusi koduste erilahenduste väljatöötamiseks.

Vaata lisaks

Välised lingid

Märkused

  1. Käesolevas artiklis on kasutatud Raspberry Pi 1 (Model B), kuid sobivad ka teised mudelid.
  2. Ei sobi öövõtete jaoks.
  3. Vajab infrapuna valgusallikat lisaks. Valgusallikana võib kasutada Raspberry Pi ametlikku öövaatlusmoodulit (night vision board, mis on müügil ka koos kaameraga) või Bright Pi lisakaarti (eelis on see, et on kasutatav nii tavakaameraga, kui ka öökaameraga. Lisaks on see, tänu kaardil oleva kiibi, 100% konfigureeritav. Võib ka ise meisterdada. Erinevaid sobivaid infrapuna kaarte võib teisigi leida, aga tasub eelnevalt juurde uurida voolutarbe ja võimalike probleemide kohta).
  4. Min. 8GB või suurem, kui on soov lokaalselt andmeid talletada.
  5. Raspberry Pi 3 on integreeritud WiFi'ga.
  6. Võimalik on kasutada ka POE jagurit, et vähem juhtmeid oleks.
  7. Sobivaks korpuseks võib kasutada ka pettekaameraid (dummy security camera), mis ebay's jms kohtades on kättesaadavad päris soodsa hinnaga. Pettekaamera puhul on võimalik ka ära kasutada nende infrapuna valgusallikat. Puuduseks on pettekaameratel see, et nad pole enamasti ilmastikukindlad ning valmistatud plastikust, kuid leidub ka kvaliteetsemaid. Kasutada võib ka päris valvekaamerate korpusi (CCTV encloser), mis tihti peale on kütteelemendiga. Kütteelemente müüakse ka eraldi.
  8. Alternatiivine võib kasutada Motion nimelist tarkvara, mis tuvastab liikumist videopildi muutuste põhjal
  9. Peab võimaldama samaaegselt laadimist ja toitmist.
  10. Lisaobjektiiviga BrightPi moodulit kasutada ei saa, kuna see ei mahu objektiivile peale.
  11. Võib üksjagu aega võtta enne, kui terminali aknasse mingit informatsiooni ilmub. Aktiivsuse jälgimiseks avada Activity Monitor, Disk vaheleht, dd protsess. Bytes written ja Bytes read näitab ära kui palju on tõmmisest andmeid kirjutatud ja loetud.
  12. Raspberry Pi vaikimisi kasutajanimi on "pi" ja parool "raspberry".

Kasutatud allikad

Autor

Evelin Padjus, AK31
2017

Versioon Muudatuse kp Muutja Muudatus
1.0 10.11.2017 Evelin Padjus Esimene väljaanne
1.1 20.11.2017 Evelin Padjus Süntaksi ja õigekirja kontroll
1.2 07.12.2017 Evelin Padjus Parandused SSH teemades
1.3 08.12.2017 Evelin Padjus SSL sertifikaadi loomine