如何开发两步验证功能

什么是两步验证

  两步验证，是指用户登录账户的时候，除了要输入用户名和密码，还要求用户输入一个动态密码，为帐户添加了一层额外保护。这个动态密码要么是专门的硬件，要么由用户手机APP提供。即使入侵者窃取了用户密码，也会因不能使用用户手机而无法登录帐户。许多游戏客户端和网银采用这种方式。以银行为例，当用户进行转账操作时，第一步输入6位取款密码，第二步输入动态密码器上数字，这个密码器是开户时银行提供的硬件。

动态密码原理

  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。

业务流程

  如何开发这个功能呢？我们先理清它的流程：

1. 第一步：输入常规帐号密码，验证成功后进入二次验证页面。
2. 第二步：二次验证页面要求用户输入动态密码，用户手机必须先通过APP绑定帐号后才能获取动态密码，APP推荐eagle2fa。
3. 第三步：页面生成二维码，内容是URI地址

   otpauth://totp/账号?secret=密钥

   ，用eagle2fa扫码后绑定帐号，把密钥保存在客户端，如下图所示：
   
4. 第四步：输入APP上的6位数字，验证通过进入用户中心页面。
   最重要的功能是生成二维码和验证动态密码。

组件选型

googleauth是Google Authenticator的开源实现

<dependency>
<groupId>com.warrenstrange</groupId>
<artifactId>googleauth</artifactId>
<version>1.1.2</version>
</dependency>

zxing用于生成二维码图片

<dependency>
<groupId>com.google.zxing</groupId>
<artifactId>javase</artifactId>
<version>3.3.3</version>
</dependency>

也可以使用其他网站提供的的WEB API，譬如：

http://qr.liantu.com/api.php?text=x
x必须用UTF8编码格式，x内容出现&符号时用%26代替，换行符使用%0A

关键代码

以下代码演示怎么使用GoogleAuthenticator包：

private static final GoogleAuthenticator googleAuthenticator = new GoogleAuthenticator();

/**
* 由于只是演示，dao没有操作数据库，真实的场景必然要持久化
*/
@Autowired
private UserDao userDao;

@PostConstruct
public void init() {
googleAuthenticator.setCredentialRepository(new ICredentialRepository() {
@Override
public String getSecretKey(String userName) {
//根据帐号查询secretKey
return userDao.getSecretKey(userName);
}

@Override
public void saveUserCredentials(String userName, String secretKey, int validationCode, List<Integer> scratchCodes) {
//secretKey要保存在数据库中
userDao.saveUserCredentials(userName, secretKey);
}
});
log.info("GoogleAuthenticator初始化成功");
}

以下代码是生成二维码，uri的格式不能写错。

// 必须按照这个格式，APP才能正常绑定
private static final String KEY_FORMAT = "otpauth://totp/%s?secret=%s";

/**
* 生成二维码链接
*/
private String getQrUrl(String username) {
//每次调用createCredentials都会生成新的secretKey
GoogleAuthenticatorKey key = googleAuthenticator.createCredentials(username);
log.info("username={},secretKey={}", username, key.getKey());
return String.format(KEY_FORMAT, username, key.getKey());
}

以下是二次验证方法：

// 验证动态密码  username 帐号, code  app上的6位数字
public boolean validCode(String username, int code) {
return googleAuthenticator.authorizeUser(username, code);
}

点击获取完整代码

参考(部分摘抄的文字版权属于原作者)

https://blog.seetee.me/post/2011/google-two-step-verification/
https://www.zhihu.com/question/20462696/answer/19670601