双因子认证解决方案
- 2019 年 10 月 3 日
- 筆記
什么叫双因子认证？
通俗的讲，一般的认证方式都是用户名/密码的方式，也就是只有密码这一个因子来作认证，双因子无非是增加一个因子，增强认证的安全性。
常见解决方案
- 短信方式
- 邮件方式
- 电话语音方式
- TOTP解决方案
前三种方案，其实都大同小异。Server端通过某种算法生成一段随机密码，通过短信、邮件或者电话的方式传递给用户，用户把随机密码作为登录的凭证传递给Server，Server验证通过之后，就完成了一次双因子认证。但是短信和电话语音对于运营公司是有一定的成本的，除此之外有些非互联网的应用可能并不通公网，这种情况下，TOTP不失为一种好的双因子认证的解决方案。
什么是TOTP？
是Time-based One-Time Password的简写，表示基于时间戳算法的一次性密码。
如果大家玩过梦幻西游的话，那么对将军令应该不陌生，这个就是基于TOTP的一个产物。
OTP
介绍TOTP之前，先介绍下OTP
One-Time Password的简写，表示一次性密码。
OTP(K,C) = Truncate(HMAC-SHA-1(K,C))
其中，K代表密钥串；C是一个数字，表示随机数；HMAC-SHA-1表示用SHA-1做HMAC；
Truncate是一个函数，用于截取加密后的串，并取加密后串的一些字段组成一个数字。
对HMAC-SHA-1方式加密来说，Truncate实现如下：
- HMAC-SHA-1加密后的长度得到一个20字节的密串；
- 取这个20字节的密串的最后一个字节，取这字节的低4位，作为截取加密串的下标偏移量；
- 按照下标偏移量开始，获取4个字节，以大端（把高位字节放在低位地址）的方式组成一个整数；
- 截取这个整数的后6位或者8位转成字符串返回。
public static String generateOTP(String K, String C, String returnDigits, String crypto){ int codeDigits = Integer.decode(returnDigits).intValue(); String result = null; // K是密码 // C是产生的随机数 // crypto是加密算法 HMAC-SHA-1 byte[] hash = hmac_sha(crypto, K, C); // hash为20字节的字符串 // put selected bytes into result int // 获取hash最后一个字节的低4位，作为选择结果的开始下标偏移 int offset = hash[hash.length - 1] & 0xf; // 获取4个字节组成一个整数，其中第一个字节最高位为符号位，不获取，使用0x7f int binary = ((hash[offset] & 0x7f) << 24) | ((hash[offset + 1] & 0xff) << 16) | ((hash[offset + 2] & 0xff) << 8) | (hash[offset + 3] & 0xff); // 获取这个整数的后6位（可以根据需要取后8位） int otp = binary % 1000000; // 将数字转成字符串，不够6位前面补0 result = Integer.toString(otp); while (result.length() < codeDigits) { result = "0" + result; } return result; }返回的结果就是看到一个数字的动态密码。
HOTP
知道了OTP的基本原理，HOTP只是将其中的参数C变成了随机数
公式修改一下
HOTP(K,C) = Truncate(HMAC-SHA-1(K,C))
HOTP： Generates the OTP for the given count
即：C作为一个参数，获取动态密码。
一般规定HOTP的散列函数使用SHA2，即：基于SHA-256 or SHA-512 [SHA2] 的散列函数做事件同步验证；
TOTP详解
TOTP只是将其中的参数C变成了由时间戳产生的数字。
TOTP(K,C) = HOTP(K,C) = Truncate(HMAC-SHA-1(K,C))
不同点是TOTP中的C是时间戳计算得出。
C = (T - T0) / X;
T 表示当前Unix时间戳
T0一般取值为 0.
X 表示时间步数，也就是说多长时间产生一个动态密码，这个时间间隔就是时间步数X，系统默认是30秒；
例如:
T0 = 0;
X = 30;
T = 30 ~ 59, C = 1; 表示30 ~ 59 这30秒内的动态密码一致。
T = 60 ~ 89, C = 2; 表示30 ~ 59 这30秒内的动态密码一致。
不同厂家使用的时间步数不同;
- 阿里巴巴的身份宝使用的时间步数是60秒；
- 宁盾令牌使用的时间步数是60秒；
- Google的 身份验证器的时间步数是30秒；
- 腾讯的Token时间步数是60秒；
应用
客户端的实现有很多，上面已经列出来了。而服务端的实现库比较少，貌似也都是非官方的实现。这里推荐一个JAVA的实现库,这是一个私人的库,介意的朋友只能自己撸轮子了。
这里基于上述的实现库，给出一段demo代码，仅供参考。
package com.github.chenqimiao.util; import java.text.MessageFormat; import com.warrenstrange.googleauth.GoogleAuthenticator; import com.warrenstrange.googleauth.GoogleAuthenticatorConfig; import com.warrenstrange.googleauth.GoogleAuthenticatorConfig.GoogleAuthenticatorConfigBuilder; import com.warrenstrange.googleauth.GoogleAuthenticatorKey; import lombok.SneakyThrows; import lombok.extern.slf4j.Slf4j; /** * @Auther: chenqimiao * @Date: 2019/8/26 22:58 * @Description: refer https://github.com/wstrange/GoogleAuth */ @Slf4j public class GoogleAuthenticatorUtils { // 前缀 private static final String DEFAULT_USER_PREFIX = "TOTP_USER:"; // 用户名|密钥|发行者 public static final String QRCODE_TEMPLATE = "otpauth://totp/" + DEFAULT_USER_PREFIX + "{0}?secret={1}&issuer={2}"; // 默认的发行者 public static final String DEFAULT_ISSUER = "DAS_TOTP"; private static final GoogleAuthenticatorConfig DEFAULT_CONFIG; static { GoogleAuthenticatorConfigBuilder builder = new GoogleAuthenticatorConfigBuilder(); // Do something here if you want to set config for GoogleAuthenticator DEFAULT_CONFIG = builder.build(); } public static String createQrCodeContent(String username, String secret) { return createQrCodeContent(username, secret, DEFAULT_ISSUER); } public static String createQrCodeContent(String username, String secret, String issuer) { return MessageFormat.format(QRCODE_TEMPLATE, username, secret, issuer); } public static String createSecret() { return createSecret(DEFAULT_CONFIG); } public static String createSecret(GoogleAuthenticatorConfig config) { GoogleAuthenticator gAuth = new GoogleAuthenticator(config); final GoogleAuthenticatorKey key = gAuth.createCredentials(); return key.getKey(); } public static boolean verify(Integer totpPwd, String secret) { return verify(totpPwd, secret, DEFAULT_CONFIG); } public static boolean verify(Integer totpPwd, String secret, GoogleAuthenticatorConfig config) { GoogleAuthenticator gAuth = new GoogleAuthenticator(config); return gAuth.authorize(secret, totpPwd); } public static Integer getTotpPassword(String secret) { return getTotpPassword(secret, DEFAULT_CONFIG); } public static Integer getTotpPassword(String secret, GoogleAuthenticatorConfig config) { GoogleAuthenticator gAuth = new GoogleAuthenticator(config); return gAuth.getTotpPassword(secret); } @SneakyThrows public static void main(String args[]) { String secret = createSecret(); String qrcodeContent = createQrCodeContent("chenqimiao", secret); System.out.println("qrcodeContent is " + qrcodeContent); Integer totpPwd = getTotpPassword(secret); System.out.println("Current totp password is " + totpPwd); boolean result = verify(totpPwd, secret); System.out.println("result is " + result); }qrcodeContent可以通过二维码工具生成二维码，使用Google Authenticator扫描该二维码之后，就相当于为用户绑定了一个认证器。
