基础概念
身份验证器
Authenticator
密码就算是身份验证器。
加密密钥,比如 SSH 的公钥私钥(密钥对)
动态密码
One-time Password, 缩写: OTP, 又叫做一次性密码
我们常用的的短信验证码就是一种非常方便快捷的动态密码形式。
早些年一些网络服务,比如谷歌、网易通行证等,可能会提供一个动态口令表,包含十几个密码,可以保存为图片,或者纯文本,上面的密码可以逐个使用,每个密码只能用一次。
- RFC4226 HOTP: An HMAC-Based One-Time Password Algorithm
- RFC6238 TOTP: Time-Based One-Time Password Algorithm
HOTP 基于 HMAC 算法
简单来说就是根据密钥和计数器来生成一个一次性密码。
除了记住密钥之外,你还要记住这是第几次使用。
- HOTP value = HOTP(K, C) mod 10d
- HOTP(K, C) = truncate(HMACH(K, C))
- truncate(MAC) = extract31(MAC, MAC[(19 × 8) + 4:(19 × 8) + 7] × 8)
MAC[(19 × 8) + 4:(19 × 8) + 7] × 8
取第十九字节的后四位(小端序), 转成一个有符号整型数(小端序),作为截取 MAC 的位置
- extract31(MAC, i) = MAC[i × 8 + 1:i × 8 + (4 × 8) − 1]
MAC[i × 8 + 1:i × 8 + (4 × 8) − 1]
从上一步得到的位置处,取四个字节,去掉符号位(小端序)
TOTP 基于时间
- 协商起始时间 T0 和时间间隔 TX
- 双方分别计算时间计数器 CT
- TOTP value(K) = HOTP value(K, CT)
多重要素验证
Multi-factor authentication, 缩写: MFA
Two-factor authentication, 缩写: 2FA
谷歌身份验证器
Google 身份验证器是一款 TOTP 与 HOTP 的两步验证软件令牌,此软件用于 Google 的认证服务。此项服务所使用的算法已列于 RFC 6238 和 RFC 4226 中。
Google 身份验证器给予用户一个六位到八位的一次性密码用于进行登录 Google 或其他站点时的附加验证。其同样可以给第三方应用生成口令,例如密码管理员或网络硬盘。先前版本的 Google 身份验证器开放源代码,但之后的版本以专有软件的形式公开。
谷歌验证器基于 TOTP,但是更进一步简化,以约定代替了协商过程。
- T0 为 Unix 时间
- TX 为 30 秒
- 哈希算法为 sha1
此外:
虽然不是很大的创新,而且这个软件验证器实现很简单,但是免费、开放(不需要做任何谷歌服务绑定),加上谷歌的强大影响力,这个软件验证器被很多系统采用。
最后,其他提供动态口令的应用都需要来兼容谷歌身份验证器。
PS: RedHat 开发并维护了开源的 FreeOTP 分支项目。
PS: 微软也有一个 Microsoft Authenticator,阿里云 APP 中有一个 虚拟MFA 功能,都是一个意思。
微软家的为自己提供 8 位密码,别人家的就 6 位,区别对待(虽然感觉好像也并没有什么影响)
阿里云 MFA 是需要手机 APP 登录进去之后才能使用的。
Just4Fun
import base64
import hashlib
import hmac
import time
DEFAULT_INTERVAL = 30 # Google Authenticator: 30 秒
DEFAULT_HASH = hashlib.sha1
def get_hotp_token(secret: str, counter: int, hash_algorithm=DEFAULT_HASH, length=6):
padding_len = 8 - len(secret) % 8
if padding_len != 8:
assert 1 <= padding_len <= 7
secret += '=' * padding_len
key = base64.b32decode(secret, True)
message = (counter & 0xffffffffffffffff).to_bytes(8, 'big')
mac = hmac.new(key, message, hash_algorithm).digest()
loc = mac[-1] & 0x0F
token = (int.from_bytes(mac[loc:loc+4], 'big') & 0x7fffffff) % (10 ** length)
return token
def get_totp_token(secret, interval=DEFAULT_INTERVAL):
time_counter = int(time.time()) // interval
return get_hotp_token(secret, time_counter)
if __name__ == '__main__':
print('%06d' % get_totp_token(sys.argv[1]))
参考资料与拓展阅读
- https://en.wikipedia.org/wiki/Authenticator
- https://en.wikipedia.org/wiki/One-time_password 一次性密码
- https://en.wikipedia.org/wiki/Multi-factor_authentication 多重要素验证
- https://en.wikipedia.org/wiki/Google_Authenticator
- https://github.com/tadeck/onetimepass/blob/master/onetimepass/__init__.py
- https://stackoverflow.com/questions/8529265/google-authenticator-implementation-in-python