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  • 2019-07-11 22:57 来源:未知

TOTP 介绍及基于C#的简单实现

Intro#

TOTP 是基于时间的一次性密码生成算法,它由 RFC 6238 定义。和基于事件的一次性密码生成算法不同 HOTP,TOTP 是基于时间的,它和 HOTP 具有如下关系:


	
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TOTP = HOTP(K, T) HOTP(K,C) = Truncate(HMAC-SHA-1(K,C))

其中:

  • T:T = (Current Unix time - T0) / X, T0 = 0,X = 30
  • K:客户端和服务端的共享密钥,不同的客户端的密钥各不相同。
  • HOTP:该算法请参考 RFC,也可参考 理解 HMAC-Based One-Time Password Algorithm

TOTP 算法是基于 HOTP 的,对于 HOTP 算法来说,HOTP 的输入一致时始终输出相同的值,而 TOTP 是基于时间来算出来的一个值,可以在一段时间内(官方推荐是30s)保证这个值是固定以实现,在一段时间内始终是同一个值,以此来达到基于时间的一次性密码生成算法,使用下来整体还不错,有个小问题,如果需要实现一个密码只能验证一次需要自己在业务逻辑里实现,只能自己实现,TOTP 只负责生成和验证。

C# 实现 TOTP#

实现代码


	
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using System; using System.Security.Cryptography; using System.Text; namespace WeihanLi.Totp { public class Totp { private readonly OtpHashAlgorithm _hashAlgorithm; private readonly int _codeSize; public Totp() : this(OtpHashAlgorithm.SHA1, 6) { } public Totp(OtpHashAlgorithm otpHashAlgorithm, int codeSize) { _hashAlgorithm = otpHashAlgorithm; // valid input parameter if (codeSize <= 0 || codeSize > 10) { throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(codeSize), codeSize, "length must between 1 and 9"); } _codeSize = codeSize; } private static readonly Encoding Encoding = new UTF8Encoding(false, true); public virtual string Compute(string securityToken) => Compute(Encoding.GetBytes(securityToken)); public virtual string Compute(byte[] securityToken) => Compute(securityToken, GetCurrentTimeStepNumber()); private string Compute(byte[] securityToken, long counter) { HMAC hmac; switch (_hashAlgorithm) { case OtpHashAlgorithm.SHA1: hmac = new HMACSHA1(securityToken); break; case OtpHashAlgorithm.SHA256: hmac = new HMACSHA256(securityToken); break; case OtpHashAlgorithm.SHA512: hmac = new HMACSHA512(securityToken); break; default: throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(_hashAlgorithm), _hashAlgorithm, null); } using (hmac) { var stepBytes = BitConverter.GetBytes(counter); if (BitConverter.IsLittleEndian) { Array.Reverse(stepBytes); // need BigEndian } // See https://tools.ietf.org/html/rfc4226 var hashResult = hmac.ComputeHash(stepBytes); var offset = hashResult[hashResult.Length - 1] & 0xf; var p = ""; for (var i = 0; i < 4; i++) { p += hashResult[offset + i].ToString("X2"); } var num = Convert.ToInt64(p, 16) & 0x7FFFFFFF; //var binaryCode = (hashResult[offset] & 0x7f) << 24 // | (hashResult[offset + 1] & 0xff) << 16 // | (hashResult[offset + 2] & 0xff) << 8 // | (hashResult[offset + 3] & 0xff); return (num % (int)Math.Pow(10, _codeSize)).ToString(); } } public virtual bool Verify(string securityToken, string code) => Verify(Encoding.GetBytes(securityToken), code); public virtual bool Verify(string securityToken, string code, TimeSpan timeToleration) => Verify(Encoding.GetBytes(securityToken), code, timeToleration); public virtual bool Verify(byte[] securityToken, string code) => Verify(securityToken, code, TimeSpan.Zero); public virtual bool Verify(byte[] securityToken, string code, TimeSpan timeToleration) { var futureStep = (int)(timeToleration.TotalSeconds / 30); var step = GetCurrentTimeStepNumber(); for (int i = -futureStep; i <= futureStep; i++) { if (step + i < 0) { continue; } var totp = Compute(securityToken, step + i); if (totp == code) { return true; } } return false; } private static readonly DateTime _unixEpoch = new DateTime(1970, 1, 1, 0, 0, 0, DateTimeKind.Utc); /// <summary> /// timestep /// 30s(Recommend) /// </summary> private static readonly long _timeStepTicks = TimeSpan.TicksPerSecond * 30; // More info: https://tools.ietf.org/html/rfc6238#section-4 private static long GetCurrentTimeStepNumber() { var delta = DateTime.UtcNow - _unixEpoch; return delta.Ticks / _timeStepTicks; } } }

使用方式:


	
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var otp = new Totp(OtpHashAlgorithm.SHA1, 4); // 使用 SHA1算法,输出4位 var secretKey = "12345678901234567890"; var output = otp.Compute(secretKey); Console.WriteLine($"output: {output}"); Thread.Sleep(1000 * 30); var verifyResult = otp.Verify(secretKey, output); // 使用默认的验证方式,30s内有效 Console.WriteLine($"Verify result: {verifyResult}"); verifyResult = otp.Verify(secretKey, output, TimeSpan.FromSeconds(60)); // 指定可容忍的时间差,60s内有效 Console.WriteLine($"Verify result: {verifyResult}");

输出示例:

Reference#

  • https://tools.ietf.org/html/rfc4226
  • https://tools.ietf.org/html/rfc6238
  • http://wsfdl.com/algorithm/2016/04/05/%E7%90%86%E8%A7%A3HOTP.html
  • http://wsfdl.com/algorithm/2016/04/14/%E7%90%86%E8%A7%A3TOTP.html
  • https://www.cnblogs.com/voipman/p/6216328.html

作者:WeihanLi

出处:https://www.cnblogs.com/weihanli/p/simple-implement-on-totp-via-csharp.html

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