java使用google身份验证器实现动态口令验证的示例

java使用google身份验证器实现动态口令验证的示例

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：

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。

package com.auth.google;

import java.security.InvalidKeyException;

import java.security.NoSuchAlgorithmException;

import java.security.SecureRandom;

import javax.crypto.Mac;

import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

import org.apache.commons.codec.binary.Base32;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

/**

*

*

* google身份验证器，java服务端实现

*

* @author yangbo

*

* @version 创建时间：2017年8月14日 上午10:10:02

*

*

*/

public class GoogleAuthenticator {

// 生成的key长度( Generate secret key length)

public static final int SECRET_SIZE = 10;

public static final String SEED = "g8GjEvTbW5oVSV7avL47357438reyhreyuryetredLDVKs2m0QN7vxRs2im5MDaNCWGmcD2rvcZx";

// Java实现随机数算法

public static final String RANDOM_NUMBER_ALGORITHM = "SHA1PRNG";

// 最多可偏移的时间

int window_size = 3; // default 3 - max 17

/**

* set the windows size. This is an integer value representing the number of

* 30 second windows we allow The bigger the window, the more tolerant of

* clock skew we are.

*

* @param s

* window size - must be >=1 and <=17. Other values are ignored

*/

public void setWindowSize(int s) {

if (s >= 1 && s <= 17)

window_size = s;

}

/**

* Generate a random secret key. This must be saved by the server and

* associated with the users account to verify the code displayed by Google

* Authenticator. The user must register this secret on their device.

* 生成一个随机秘钥

*

* @return secret key

*/

public static String generateSecretKey() {

SecureRandom sr = null;

try {

sr = SecureRandom.getInstance(RANDOM_NUMBER_ALGORITHM);

sr.setSeed(Base64.decodeBase64(SEED));

byte[] buffer = sr.generateSeed(SECRET_SIZE);

Base32 codec = new Base32();

byte[] bEncodedKey = codec.encode(buffer);

String encodedKey = new String(bEncodedKey);

return encodedKey;

} catch (NoSuchAlgorithmException e) {

// should never occur... configuration error

}

return null;

}

/**

* Return a URL that generates and displays a QR barcode. The user scans

* this bar code with the Google Authenticator application on their

* smartphone to register the auth code. They can also manually enter the

* secret if desired

*

* @param user

* user id (e.g. fflinstone)

* @param host

* host or system that the code is for (e.g. myapp.com)

* @param secret

* the secret that was previously generated for this user

* @return the URL for the QR code to scan

*/

public static String getQRBarcodeURL(String user, String host, String secret) {

String format = "http://google.com/chart?chs=200x200&chld=M%%7C0&cht=qr&chl=otpauth://totp/%s@%s?secret=%s";

return String.format(format, user, host, secret);

}

/**

* 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。

*

* @param user

* 账号

* @param secret

* 密钥

* @return

*/

public static String getQRBarcode(String user, String secret) {

String format = "otpauth://totp/%s?secret=%s";

return String.format(format, user, secret);

}

/**

* Check the code entered by the user to see if it is valid 验证code是否合法

*

* @param secret

* The users secret.

* @param code

* The code displayed on the users device

* @param t

* The time in msec (System.currentTimeMillis() for example)

* @return

*/

public boolean check_code(String secret, long code, long timeMsec) {

Base32 codec = new Base32();

byte[] decodedKey = codec.decode(secret);

// convert unix msec time into a 30 second "window"

// this is per the TOTP spec (see the RFC for details)

long t = (timeMsec / 1000L) / 30L;

// Window is used to check codes generated in the near past.

// You can use this value to tune how far you're willing to go.

for (int i = -window_size; i <= window_size; ++i) {

long hash;

try {

hash = verify_code(decodedKey, t + i);

} catch (EcTTOjxception e) {

// Yes, this is bad form - but

// the exceptions thrown would be rare and a static

// configuration problem

e.printStackTrace();

throw new RuntimeException(e.getMessage());

// return false;

}

if (hash == code) {

return true;

}

}

// The validation code is invalid.

return false;

}

private static int verify_code(byte[] key, long t) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException {

byte[] data = new byte[8];

long value = t;

for (int i = 8; i-- > 0; value >>>= 8) {

data[i] = (byte) value;

}

SecretKeySpec signKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA1http://");

Mac mac = Mac.getInstance("HmacSHA1");

mac.init(signKey);

byte[] hash = mac.doFinal(data);

int offset = hash[20 - 1] & 0xF;

// We're using a long because Java hasn't got unsigned int.

long truncatedHash = 0;

for (int i = 0; i < 4; ++i) {

truncatedHash <<= 8;

// We are dealing with signed bytes:

// we just keep the first byte.

truncatedHash |= (hash[offset + i] & 0xFF);

}

truncatedHash &= 0x7FFFFFFF;

truncatedHash %= 1000000;

return (int) truncatedHash;

}

}

测试代码：

package com.auth.google;

import org.junit.Test;

/**

*

*

* 身份认证测试

*

* @author yangbo

*

* @version 创建时间：2017年8月14日 上午11:09:23

*

*

*/

public class AuthTest {

//当测试authTest时候，把genSecretTest生成的secret值赋值给它

private static String secret="R2Q3S52RNXBTFTOM";

//@Test

public void genSecretTest() {// 生成密钥

secret = GoogleAuthenticator.generateSecretKey();

// 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

String qrcode = GoogleAuthenticator.getQRBarcode("2816661736@qq.com", secret);

System.out.println("qrcode:" + qrcode + ",key:" + secret);

}

/**

* 对app的随机生成的code,输入并验证

*/

@Test

public void verifyTest() {

long code = 807337;

long t = System.currentTimeMillis();

GoogleAuthenticator ga = new GoogleAuthenticator();

ga.setWindowSize(5);

boolean r = ga.check_code(secret, code, t);

System.out.println("检查code是否正确？" + r);

}

}

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。

qrcode：是app扫码能够识别的就是二维码值，把它生成二维码如下图：

第三步:打开google authenticator app软件选择扫描条形码按扭打开相机对二维码扫描加入账号，如下图：

第四步：把app中的数cTTOj字，在AuthTest的verifyTest进行验证，如下图：

通过上面给大家分享了google身份认证器服务端key的生成和它生成的随机密码的验证。

上面使用的代码已上传到码云，下载地址：googleauth_jb51.rar

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