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://www.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 (Exception 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, "HmacSHA1");
 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

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持我们。