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  • 使用google身份验证器实现动态口令验证

    最近有用户反应我们现有的短信+邮件验证,不安全及短信条数限制和邮件收验证码比较慢的问题,希望我们

    也能做一个类似银行动态口令的验证方式。经过对可行性的分析及慎重考虑,可以实现一个这样的功能。

    怎么实现呢,是自己开发一个这样的app?这样成本太高了,为了节约成本,我们使用互联网使用比较多的google

    身份验证器。使用它,我们只需要开发服务端就可以了。

    google身份验证器的原理是什么呢?客户端和服务器事先协商好一个密钥K,用于一次性密码的生成过程,此

    密钥不被任何第三方所知道。此外,客户端和服务器各有一个计数器C,并且事先将计数值同步。进行验证时,客户端对

    密钥和计数器的组合(K,C)使用HMAC(Hash-based Message Authentication Code)算法计算一次性密码,公式如下:

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    1. HOTP(K,C) = Truncate(HMAC-SHA-1(K,C))  

    上面采用了HMAC-SHA-1,当然也可以使用HMAC-MD5等。HMAC算法得出的值位数比较多,不方便用户输入,因

    此需要截断(Truncate)成为一组不太长十进制数(例如6位)。计算完成之后客户端计数器C计数值加1。用户将这一组十

    进制数输入并且提交之后,服务器端同样的计算,并且与用户提交的数值比较,如果相同,则验证通过,服务器端将计数值

    C增加1。如果不相同,则验证失败。

    Java服务端实现代码:板面的做法和配料

    [java] view plain copy
     
    1. package com.auth.google;  
    2.   
    3. import java.security.InvalidKeyException;  
    4. import java.security.NoSuchAlgorithmException;  
    5. import java.security.SecureRandom;  
    6. import javax.crypto.Mac;  
    7. import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;  
    8. import org.apache.commons.codec.binary.Base32;  
    9. import org.apache.commons.codec.binary.Base64;  
    10.   
    11. /** 
    12.  *  
    13.  *  
    14.  * google身份验证器,java服务端实现 
    15.  *  
    16.  * @author yangbo 
    17.  *  
    18.  * @version 创建时间:2017年8月14日 上午10:10:02 
    19.  * 
    20.  *  
    21.  */  
    22. public class GoogleAuthenticator {  
    23.   
    24.     // 生成的key长度( Generate secret key length)  
    25.     public static final int SECRET_SIZE = 10;  
    26.   
    27.     public static final String SEED = "g8GjEvTbW5oVSV7avL47357438reyhreyuryetredLDVKs2m0QN7vxRs2im5MDaNCWGmcD2rvcZx";  
    28.     // Java实现随机数算法  
    29.     public static final String RANDOM_NUMBER_ALGORITHM = "SHA1PRNG";  
    30.     // 最多可偏移的时间  
    31.     int window_size = 3; // default 3 - max 17  
    32.   
    33.     /** 
    34.      * set the windows size. This is an integer value representing the number of 
    35.      * 30 second windows we allow The bigger the window, the more tolerant of 
    36.      * clock skew we are. 
    37.      *  
    38.      * @param s 
    39.      *            window size - must be >=1 and <=17. Other values are ignored 
    40.      */  
    41.     public void setWindowSize(int s) {  
    42.         if (s >= 1 && s <= 17)  
    43.             window_size = s;  
    44.     }  
    45.   
    46.     /** 
    47.      * Generate a random secret key. This must be saved by the server and 
    48.      * associated with the users account to verify the code displayed by Google 
    49.      * Authenticator. The user must register this secret on their device. 
    50.      * 生成一个随机秘钥 
    51.      *  
    52.      * @return secret key 
    53.      */  
    54.     public static String generateSecretKey() {  
    55.         SecureRandom sr = null;  
    56.         try {  
    57.             sr = SecureRandom.getInstance(RANDOM_NUMBER_ALGORITHM);  
    58.             sr.setSeed(Base64.decodeBase64(SEED));  
    59.             byte[] buffer = sr.generateSeed(SECRET_SIZE);  
    60.             Base32 codec = new Base32();  
    61.             byte[] bEncodedKey = codec.encode(buffer);  
    62.             String encodedKey = new String(bEncodedKey);  
    63.             return encodedKey;  
    64.         } catch (NoSuchAlgorithmException e) {  
    65.             // should never occur... configuration error  
    66.         }  
    67.         return null;  
    68.     }  
    69.   
    70.     /** 
    71.      * Return a URL that generates and displays a QR barcode. The user scans 
    72.      * this bar code with the Google Authenticator application on their 
    73.      * smartphone to register the auth code. They can also manually enter the 
    74.      * secret if desired 
    75.      *  
    76.      * @param user 
    77.      *            user id (e.g. fflinstone) 
    78.      * @param host 
    79.      *            host or system that the code is for (e.g. myapp.com) 
    80.      * @param secret 
    81.      *            the secret that was previously generated for this user 
    82.      * @return the URL for the QR code to scan 
    83.      */  
    84.     public static String getQRBarcodeURL(String user, String host, String secret) {  
    85.         String format = "http://www.google.com/chart?chs=200x200&chld=M%%7C0&cht=qr&chl=otpauth://totp/%s@%s?secret=%s";  
    86.         return String.format(format, user, host, secret);  
    87.     }  
    88.   
    89.     /** 
    90.      * 生成一个google身份验证器,识别的字符串,只需要把该方法返回值生成二维码扫描就可以了。 
    91.      *  
    92.      * @param user 
    93.      *            账号 
    94.      * @param secret 
    95.      *            密钥 
    96.      * @return 
    97.      */  
    98.     public static String getQRBarcode(String user, String secret) {  
    99.         String format = "otpauth://totp/%s?secret=%s";  
    100.         return String.format(format, user, secret);  
    101.     }  
    102.   
    103.     /** 
    104.      * Check the code entered by the user to see if it is valid 验证code是否合法 
    105.      *  
    106.      * @param secret 
    107.      *            The users secret. 
    108.      * @param code 
    109.      *            The code displayed on the users device 
    110.      * @param t 
    111.      *            The time in msec (System.currentTimeMillis() for example) 
    112.      * @return 
    113.      */  
    114.     public boolean check_code(String secret, long code, long timeMsec) {  
    115.         Base32 codec = new Base32();  
    116.         byte[] decodedKey = codec.decode(secret);  
    117.         // convert unix msec time into a 30 second "window"  
    118.         // this is per the TOTP spec (see the RFC for details)  
    119.         long t = (timeMsec / 1000L) / 30L;  
    120.         // Window is used to check codes generated in the near past.  
    121.         // You can use this value to tune how far you're willing to go.  
    122.         for (int i = -window_size; i <= window_size; ++i) {  
    123.             long hash;  
    124.             try {  
    125.                 hash = verify_code(decodedKey, t + i);  
    126.             } catch (Exception e) {  
    127.                 // Yes, this is bad form - but  
    128.                 // the exceptions thrown would be rare and a static  
    129.                 // configuration problem  
    130.                 e.printStackTrace();  
    131.                 throw new RuntimeException(e.getMessage());  
    132.                 // return false;  
    133.             }  
    134.             if (hash == code) {  
    135.                 return true;  
    136.             }  
    137.         }  
    138.         // The validation code is invalid.  
    139.         return false;  
    140.     }  
    141.   
    142.     private static int verify_code(byte[] key, long t) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException {  
    143.         byte[] data = new byte[8];  
    144.         long value = t;  
    145.         for (int i = 8; i-- > 0; value >>>= 8) {  
    146.             data[i] = (byte) value;  
    147.         }  
    148.         SecretKeySpec signKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA1");  
    149.         Mac mac = Mac.getInstance("HmacSHA1");  
    150.         mac.init(signKey);  
    151.         byte[] hash = mac.doFinal(data);  
    152.         int offset = hash[20 - 1] & 0xF;  
    153.         // We're using a long because Java hasn't got unsigned int.  
    154.         long truncatedHash = 0;  
    155.         for (int i = 0; i < 4; ++i) {  
    156.             truncatedHash <<= 8;  
    157.             // We are dealing with signed bytes:  
    158.             // we just keep the first byte.  
    159.             truncatedHash |= (hash[offset + i] & 0xFF);  
    160.         }  
    161.         truncatedHash &= 0x7FFFFFFF;  
    162.         truncatedHash %= 1000000;  
    163.         return (int) truncatedHash;  
    164.     }  
    165. }  

    测试代码:

    [java] view plain copy
     
    1. package com.auth.google;  
    2.   
    3. import org.junit.Test;  
    4.   
    5. /** 
    6.  *  
    7.  *  
    8.  * 身份认证测试 
    9.  *  
    10.  * @author yangbo 
    11.  *  
    12.  * @version 创建时间:2017年8月14日 上午11:09:23 
    13.  * 
    14.  *  
    15.  */  
    16. public class AuthTest {  
    17.     //当测试authTest时候,把genSecretTest生成的secret值赋值给它  
    18.     private static String secret="R2Q3S52RNXBTFTOM";  
    19.   
    20.     //@Test  
    21.     public void genSecretTest() {// 生成密钥  
    22.          secret = GoogleAuthenticator.generateSecretKey();  
    23.         // 把这个qrcode生成二维码,用google身份验证器扫描二维码就能添加成功  
    24.         String qrcode = GoogleAuthenticator.getQRBarcode("2816661736@qq.com", secret);  
    25.         System.out.println("qrcode:" + qrcode + ",key:" + secret);  
    26.     }  
    27.     /** 
    28.      * 对app的随机生成的code,输入并验证 
    29.      */  
    30.      @Test  
    31.     public void verifyTest() {  
    32.         long code = 807337;  
    33.         long t = System.currentTimeMillis();  
    34.         GoogleAuthenticator ga = new GoogleAuthenticator();  
    35.         ga.setWindowSize(5);   
    36.         boolean r = ga.check_code(secret, code, t);  
    37.         System.out.println("检查code是否正确?" + r);  
    38.     }  
    39. }  

    具体使用方式(iOS演示):

    第一步:进入iphone的appstore,在搜索框中输入google身份验证器,如下图:

    选择上图中的google authenticator 并安装。

    第二步:运行下面链接中下载的demo中的AuthTest的genSecretTest方法,控制台打印的结果如下图:

    key:为app与服务端约定的秘钥,用于双方的认证。

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