摘要：Google Authenticator(谷歌身份验证器)，是谷歌公司推出的一款动态令牌工具，解决账户使用时遭到的一些不安全的操作进行的“二次验证”，认证器基于RFC文档中的HOTP/TOTP算法实现 ，是一种从共享秘钥和时间或次数一次性令牌的算法。在工作中可以通过认证器方式对账户有更好的保护，但是在查阅一些资料发现适合我这样的小白文章真的很少，针对于C#的文章就更加少了，本文主要是对C#如何使用Google Authenticator(谷歌身份验证器)进行探讨，有不足之处还请见谅。
Google Authenticator(谷歌身份验证器)
什么是认证器？怎么对接？
Google Authenticator(谷歌身份验证器)是微软推出的一个动态密令工具，它有两种密令模式。分别是“TOTP 基于时间”、“HOTP 基于计数器”，通过手机上 简单的设置就可以设定自己独一的动态密令， 那么我们怎么将我们的程序和认证器进行对接呢？其实谷歌认证器并不是需要我们对接这个工具的API而是通过算法来决定，谷歌使用使用HMAC算法生成密令，通过基于次数或者基于时间两个模板进行计算，因此在程序中只需要使用相同的算法即可与之匹配。
TOTP 基于时间
- HMAC算法使用固定为HmacSHA1
- 更新时长固定为30秒
- APP端输入数据维度只有两个：账户名称（自己随意填写方便自己查看）和base32格式的key
HOTP 基于计数器
基于计数器模式是根据一个共享秘钥K和一个C计数器进行算法计算
认证器安装
效果图
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容
案例
控制台
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text; namespace GoogleAuthenticator
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
long duration = ;
string key = "[email protected]";
GoogleAuthenticator authenticator = new GoogleAuthenticator(duration, key);
var mobileKey = authenticator.GetMobilePhoneKey(); while (true)
{ Console.WriteLine("手机端秘钥为：" + mobileKey); var code = authenticator.GenerateCode();
Console.WriteLine("动态验证码为：" + code); Console.WriteLine("刷新倒计时：" + authenticator.EXPIRE_SECONDS); System.Threading.Thread.Sleep();
Console.Clear();
}
}
}
}
认证器类
using GoogleAuthorization;
using System;
using System.Security.Cryptography;
using System.Text;
namespace GoogleAuthenticator
{
public class GoogleAuthenticator
{
/// <summary>
/// 初始化验证码生成规则
/// </summary>
/// <param name="key">秘钥(手机使用Base32码)</param>
/// <param name="duration">验证码间隔多久刷新一次（默认30秒和google同步）</param>
public GoogleAuthenticator(long duration = , string key = "[email protected]")
{
this.SERECT_KEY = key;
this.SERECT_KEY_MOBILE = Base32.ToString(Encoding.UTF8.GetBytes(key));
this.DURATION_TIME = duration;
} /// <summary>
/// 间隔时间
/// </summary>
private long DURATION_TIME { get; set; } /// <summary>
/// 迭代次数
/// </summary>
private long COUNTER
{
get
{
return (long)(DateTime.UtcNow - new DateTime(, , , , , , DateTimeKind.Utc)).TotalSeconds / DURATION_TIME;
}
} /// <summary>
/// 秘钥
/// </summary>
private string SERECT_KEY { get; set; } /// <summary>
/// 手机端输入的秘钥
/// </summary>
private string SERECT_KEY_MOBILE { get; set; } /// <summary>
/// 到期秒数
/// </summary>
public long EXPIRE_SECONDS
{
get
{
return (DURATION_TIME - (long)(DateTime.UtcNow - new DateTime(, , , , , , DateTimeKind.Utc)).TotalSeconds % DURATION_TIME);
}
} /// <summary>
/// 获取手机端秘钥
/// </summary>
/// <returns></returns>
public string GetMobilePhoneKey()
{
if (SERECT_KEY_MOBILE == null)
throw new ArgumentNullException("SERECT_KEY_MOBILE");
return SERECT_KEY_MOBILE;
} /// <summary>
/// 生成认证码
/// </summary>
/// <returns>返回验证码</returns>
public string GenerateCode()
{
return GenerateHashedCode(SERECT_KEY, COUNTER);
} /// <summary>
/// 按照次数生成哈希编码
/// </summary>
/// <param name="secret">秘钥</param>
/// <param name="iterationNumber">迭代次数</param>
/// <param name="digits">生成位数</param>
/// <returns>返回验证码</returns>
private string GenerateHashedCode(string secret, long iterationNumber, int digits = )
{
byte[] counter = BitConverter.GetBytes(iterationNumber); if (BitConverter.IsLittleEndian)
Array.Reverse(counter); byte[] key = Encoding.ASCII.GetBytes(secret); HMACSHA1 hmac = new HMACSHA1(key, true); byte[] hash = hmac.ComputeHash(counter); int offset = hash[hash.Length - ] & 0xf; int binary =
((hash[offset] & 0x7f) << )
| ((hash[offset + ] & 0xff) << )
| ((hash[offset + ] & 0xff) << )
| (hash[offset + ] & 0xff); int password = binary % (int)Math.Pow(, digits); // 6 digits return password.ToString(new string('', digits));
}
}
}
Base32转码类
using System;
namespace GoogleAuthorization
{
public static class Base32
{
public static byte[] ToBytes(string input)
{
if (string.IsNullOrEmpty(input))
{
throw new ArgumentNullException("input");
} input = input.TrimEnd('=');
int byteCount = input.Length * / ;
byte[] returnArray = new byte[byteCount]; byte curByte = , bitsRemaining = ;
int mask = , arrayIndex = ; foreach (char c in input)
{
int cValue = CharToValue(c); if (bitsRemaining > )
{
mask = cValue << (bitsRemaining - );
curByte = (byte)(curByte | mask);
bitsRemaining -= ;
}
else
{
mask = cValue >> ( - bitsRemaining);
curByte = (byte)(curByte | mask);
returnArray[arrayIndex++] = curByte;
curByte = (byte)(cValue << ( + bitsRemaining));
bitsRemaining += ;
}
} if (arrayIndex != byteCount)
{
returnArray[arrayIndex] = curByte;
} return returnArray;
} public static string ToString(byte[] input)
{
if (input == null || input.Length == )
{
throw new ArgumentNullException("input");
} int charCount = (int)Math.Ceiling(input.Length / 5d) * ;
char[] returnArray = new char[charCount]; byte nextChar = , bitsRemaining = ;
int arrayIndex = ; foreach (byte b in input)
{
nextChar = (byte)(nextChar | (b >> ( - bitsRemaining)));
returnArray[arrayIndex++] = ValueToChar(nextChar); if (bitsRemaining < )
{
nextChar = (byte)((b >> ( - bitsRemaining)) & );
returnArray[arrayIndex++] = ValueToChar(nextChar);
bitsRemaining += ;
} bitsRemaining -= ;
nextChar = (byte)((b << bitsRemaining) & );
} if (arrayIndex != charCount)
{
returnArray[arrayIndex++] = ValueToChar(nextChar);
while (arrayIndex != charCount) returnArray[arrayIndex++] = '=';
} return new string(returnArray);
} private static int CharToValue(char c)
{
var value = (int)c; if (value < && value > )
{
return value - ;
}
if (value < && value > )
{
return value - ;
}
if (value < && value > )
{
return value - ;
} throw new ArgumentException("Character is not a Base32 character.", "c");
} private static char ValueToChar(byte b)
{
if (b < )
{
return (char)(b + );
} if (b < )
{
return (char)(b + );
} throw new ArgumentException("Byte is not a value Base32 value.", "b");
}
}
}
总结
需要注意的坑
移动端下载的认证器的秘钥key是通过base32转码得到的，而程序端是直接输入源码。
如原秘钥为[email protected]生成的base32码PBSW63RZHE3UAZTPPBWWC2LMFZRW63I=才是移动端需要输入的秘钥。
在网上找了很多资料没有发现关于C#的案例，所以在此记录一下自己遇到的坑，让更多的人能够跳过这个坑。
案例地址：
git:https://github.com/CN-Yi/GoogleAuthenticator
gitee:https://gitee.com/hsyi/GoogleAuthenticator
在此感谢提供学习资料的大神们，如果有错误的地方欢迎留言。