知识点

动态密码算法(待续)

1. wiki

动态密码，也叫一次性密码 (OTP, One-Time Password)，本身最大优点是防止重放攻击（replay attack），常见的动态密码有 HOTP 和 TOPT 两种。

1. HOTP

HOTP(HMAC-based One-Time Password)：表示基于基于事件计数的一次性密码生成算法，通过某一特定的事件次序及相同的种子值作为输入，通过 HASH 算法运算出一致的密码。详见 RFC 4226。

算法本身可以用两条简短的表达式描述：

  • HOTP(K,C) = Truncate(HMAC-SHA-1(K,C))
  • PWD(K,C,digit) = HOTP(K,C) mod 10^Digit

其中：

  • K 表示共享密钥，一般与设备绑定，使相同设备才能生成有效的 HOTP 值
  • C 表示事件计数的值，在每次验证成功后加一，因此在一次性密码被使用后 C 就会变化，从而下一个 HOTP 的值也会发生改变。使用 8 字节的整数，称为移动因子（moving factor）。
  • HMAC-SHA-1 表示对共享密钥和移动因子进行 HMAC 的 SHA1 算法加密，得到 160 位长度（20字节）的加密结果
  • Truncate 表示截断函数，取加密后串的哪些字段组成一个数字
  • Digit 表示产生的验证码的长度，常见的是 6 位长度的动态密码

1. 知识点补充

1. MAC

MAC(Message Authentication Code) ，消息认证码，它兼容了 MD 和 SHA 的特性，并且在它们的基础上加入了密钥，因此也叫含密钥散列函数算法，即 HMAC(keyed-Hash Message Authentication Code) ，是通信实体双方使用的一种验证机制。

使用时，双方约定好散列函数并共享密钥，发送方使用该散列函数计算数据的摘要值，并用密钥加密，和数据一起发送。接收方收到报文后，会用密钥解密摘要值，同时用同一散列函数在本地计算所收到数据的摘要值，并比对两个摘要是否相同，从而确认报文是否被篡改。

2. 实战

计算步骤为：

  1. SHA-1 算法加密得到的 20 字节长度的 key；
  2. 取最后一个字节的低字节位的 4 位，作为偏移量；
  3. 以上述偏移量连续截取 4 个字节（32 位），最后返回 32 位中的后面 31 位；
  4. 根据验证码长度 digit ，并对 10digit 取模，不足的补零。

其中，利用 JDK8 自带的 MAC 算法以及事件计数，来生成新的密文：

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// 获取实例
Mac mac = Mac.getInstance("HmacSHA1");
mac.init(key);            // 使用给定的密钥计算 MAC 值
mac.update(array, 0, 8);  // 添加数据到指定的偏移量和长度
mac.doFinal(array, 0);    // 完成计算，并使用偏移量输出到指定数组

使用 ByteBuffer 来操作字节数组：

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// 按照 Mac 长度（一般20字节）分配空间
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(mac.getMacLength());
// 获取最后一个字节，并取 4 位置的值，作为偏移量
final int offset = buffer.get(buffer.capacity() - 1) & 0x0f;
// 从偏移量，向前获取32位，取它的前31位，取模（密钥长度是6位）
(buffer.getInt(offset) & 0x7fffffff) % 1_000_000;

详见 一次性密码算法

2. TOTP

TOTP(Time-based One-Time Password)：表示基于基于时间戳的一次性密码生成算法，其也是基于 HOTP 算法实现，但将移动因子从事件计数改为时间差，基于客户端的动态口令和动态口令验证服务器的时间比对，两者的时钟一致时，计算的动态口令才能一致。详见 RFC 6238。

1. 实战

可以直接调用 HOTP 的实现，将 count 值替换成相应时间变量。