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：

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

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

测试代码：

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

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。