OTP基本原理

本篇文章呢，我们一起来看一下有关于OTP用到的一些密码学知识，那么什么是OTP这个名词可能读者有可能不了解，但是相信大家可能都见过或者用过多因子认证这个东西吧。

那么，作为一个客户端，怎么能保证和服务端生成的这个6位的随机密码一致呢，本文来看下OTP的相关知识。

定义

一次性密码(One-Time Password, 「OTP」), 是指计算机系统或其他数字设备上只能使用一次的密码，有效期为只有一次登录会话或交易。OTP的产生方式，主要是以时间差做为服务器与密代码生成器的同步条件。在需要登录的时候，就利用密代码生成器产生动态密码，OTP一般分为计次使用以及计时使用两种，计次使用的OTP产出后，可在不限时间内使用；计时使用的OTP则可设置密码有效时间，从30秒到两分钟不等[1而OTP在进行认证之后即废弃不用，下次认证必须使用新的密码。接下来我们分别来看一下这两种方式产生的一次密码。

HOTP

基于HMAC的一次性密码算法（HMAC-based One-time Password algorithm，「HOTP」）是一种基于散列消息验证码（HMAC）的一次性密码（OTP）算法。

简单描述一下上面的过程，这个算法需要提前协商一个密钥，然后计数器和客户端需要共享一下，然后根据上面图中的过程，详细过程可以参考下RFC4226。

代码实现

这里，偷个懒，用Python写吧，不折腾了。

import hmac


def hotp(key, counter):
    _h = hmac.new(key, digestmod="sha1")
    _h.update(str(counter).encode("utf-8"))
    out = _h.digest()
    idx = out[-1] & 0x0F
    value = int.from_bytes(out[idx:idx + 4], byteorder="big")
    return value % 10 ** 6


if __name__ == '__main__':
    print(hotp(b"111", 2))

这个代码比较简单，这里就不解释了，上面图画的还算可以。

TOTP

基于时间的一次性密码算法（Time-based One-Time Password，简称：「TOTP」）是一种根据预共享的密钥与当前时间计算一次性密码的算法。

这个就不画图了，因为这个吧counter换成时间戳，就完事儿了，直接看代码吧。

def totp(key):
    counter = int(time.time()) // 30
    _h = hmac.new(key, digestmod="sha1")
    _h.update(str(counter).encode("utf-8"))
    out = _h.digest()
    idx = out[-1] & 0x0F
    value = int.from_bytes(out[idx:idx + 4], byteorder="big")
    return value % 10 ** 6

这里对于TOTP和HTOP有点不同，在于时间要除以30，这个是一次性密码的过期时间，一般是30s，当然也可以改，具体说明可以参考RFC6238。

总结

最后呢，（套路的来个总结，多水一点字数），本文呢主要介绍了OTP的两种方式，一个是基于计数的，一个基于时间的，基于计数器的，因为用户可能会瞎生成，然后导致服务端计数器和本地计数器不一致，这时候，就需要服务器累计重试，不过这个重试一般来说是有限制是，瞎按次数过多之后，需要用户重新输入几次序列，然后重新同步计数器，基于时间的呢，一般来说基于客户端和服务端时间不能相差过大，如果差异过大，就需要重新同步，这个一次密码虽然只有6位，但是加入重试次数限制的话，想要暴力破解的难度还是非常大的，主要使用的时候，一定要加上限制，好了，本文到这里就结束了，本人水平有限，如有错误，欢迎大佬们指出，谢谢。

参考资料

• https://en.wikipedia.org/wiki/One-time_password^[1]
• https://appleinsider.com/inside/ios/tips/how-to-use-google-authenticator-on-iphone-and-ipad^[2]
• https://www.ietf.org/rfc/rfc4226.txt^[3]
• https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc6238^[4]
• https://medium.com/starbugs/totp-2fa-algorithm-in-10-mins-25acc3c35df9^[5]

Reference