【IoT】加密与安全：动态令牌 OTP、HOTP、TOTP 原理解析

1、OTP、HOTP、TOTP 简介

1.1、OTP

One-Time Password 简写，表示一次性密码。

1.2、HOTP

HMAC-based One-Time Password 简写，表示基于 HMAC 算法加密的一次性密码。是事件同步，通过某一特定的事件次序及相同的种子值作为输入，通过 HASH 算法运算出一致的密码。

1.3、TOTP

Time-based One-Time Password 简写，表示基于时间戳算法的一次性密码。

时间同步，基于客户端的动态口令和动态口令验证服务器的时间比对，一般每 60 秒产生一个新口令，要求客户端和服务器能够十分精确的保持正确的时钟，客户端和服务端基于时间计算的动态口令才能一致。　　

2、TOTP 弱点和漏洞编辑

TOTP 代码可以像密码一样被钓鱼，但它们需要网络钓鱼者实时代理凭证，而不是及时收集它们，不限制登录尝试的实现容易受到强制执行代码的攻击。

窃取共享密钥的攻击者可以随意生成新的有效 TOTP 代码。如果攻击者破坏了大型身份验证数据库，这可能是一个特殊问题。

由于 TOTP 设备的电池电量不足，时钟可以解除同步，并且由于软件版本在用户可能丢失或被盗的手机上，因此所有实际实施都有绕过保护的方法（例如：打印的代码，电子邮件 - 重置等），这可能给大型用户群带来相当大的支持负担，并且还为欺诈用户提供额外的利用向量。

TOTP 代码的有效期超过它们在屏幕上显示的时间（通常是两倍或更多倍）。这是一个让步，认证和认证方的时钟可以大幅度扭曲。
所有一次性基于密码的身份验证方案（包括 TOTP 和 HOTP 等）仍然容易受到会话劫持，即在用户登录后占用用户的会话。

3、原理介绍

3.1、OTP 基本原理

计算 OTP 串的公式：

OTP(K,C) = Truncate(HMAC-SHA-1(K,C))

其中，

K 表示秘钥串；

C 是一个数字，表示随机数；

HMAC-SHA-1 表示使用 SHA-1 做 HMAC；

Truncate 是一个函数，就是怎么截取加密后的串，并取加密后串的哪些字段组成一个数字。

对 HMAC-SHA-1 方式加密来说，Truncate 实现如下：

HMAC-SHA-1 加密后的长度得到一个 20 字节的密串；

取这个 20 字节的密串的最后一个字节，取这字节的低 4 位，作为截取加密串的下标偏移量；

按照下标偏移量开始，获取4个字节，按照大端方式组成一个整数；

截取这个整数的后 6 位或者 8 位转成字符串返回。

示例：

Java 代码实现：

public static String generateOTP(String K,String C,String returnDigits,String crypto){int codeDigits = Integer.decode(returnDigits).intValue();String result = null;// K是密码// C是产生的随机数// crypto是加密算法 HMAC-SHA-1byte[] hash = hmac_sha(crypto, K, C);// hash为20字节的字符串// put selected bytes into result int// 获取hash最后一个字节的低4位，作为选择结果的开始下标偏移int offset = hash[hash.length - 1] & 0xf;// 获取4个字节组成一个整数，其中第一个字节最高位为符号位，不获取，使用0x7fint binary =((hash[offset] & 0x7f) << 24) |((hash[offset + 1] & 0xff) << 16) |((hash[offset + 2] & 0xff) << 8) |(hash[offset + 3] & 0xff);// 获取这个整数的后6位（可以根据需要取后8位）int otp = binary % 1000000;// 将数字转成字符串，不够6位前面补0result = Integer.toString(otp);while (result.length() < codeDigits) {result = "0" + result;}return result;}

返回的结果就是看到一个数字的动态密码。

3.2、HOTP 基本原理

知道了 OTP 的基本原理，HOTP 只是将其中的参数 C 变成了随机数。

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

HOTP：

Generates the OTP for the given count

C 作为一个参数，获取动态密码。

示例：

HOTP 的 python 代码片段：

class HOTP(OTP):def at(self, count):"""Generates the OTP for the given count@param [Integer] count counter@returns [Integer] OTP"""return self.generate_otp(count)

一般规定 HOTP 的散列函数使用 SHA2，即：基于 SHA-256 or SHA-512 [SHA2] 的散列函数做事件同步验证；

3.3、TOTP 基本原理

TOTP 只是将其中的参数 C 变成了由时间戳产生的数字。

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

不同点是 TOTP 中的 C 是时间戳计算得出。

C = (T - T0) / X;

T 表示当前 Unix 时间戳：

T0 一般取值为 0，也就是 1970 年 1 月 1 日。

因此上式可以简化为：

C = T / X;

X 表示时间步数，也就是说多长时间产生一个动态密码，这个时间间隔就是时间步数 X，系统默认是 30 秒；

例如:

T0 = 0;X = 30;

简化为：C = T / 30

1）T = 30 ~ 59

C = 1;表示 30 ~ 59 这  30  秒内的动态密码一致。

2）T = 60 ~ 89

C = 2; 表示 30 ~ 59 这 30 秒内的动态密码一致。

不同厂家使用的时间步数不同：

阿里巴巴的身份宝使用的时间步数是 60 秒；宁盾令牌使用的时间步数是 60 秒；Google 的身份验证器的时间步数是 30 秒；腾讯的 Token 时间步数是 60 秒；

TOTP 的 python 代码片段：

class TOTP(OTP):def __init__(self, *args, **kwargs):"""@option options [Integer] interval (30) the time interval in secondsfor OTP This defaults to 30 which is standard."""self.interval = kwargs.pop('interval', 30)super(TOTP, self).__init__(*args, **kwargs)def now(self):"""Generate the current time OTP@return [Integer] the OTP as an integer"""return self.generate_otp(self.timecode(datetime.datetime.now()))def timecode(self, for_time):i = time.mktime(for_time.timetuple())return int(i / self.interval)

self.interval 是时间步数 X；

datetime.datetime.now() 为当前的 Unix 时间戳；

timecode 表示 (T - T0) / X，即获取获取动态密码计算的随机数。

TOTP 的实现可以使用 HMAC-SHA-256 或者 HMAC-SHA-512 散列函数；

TOTP 的要求：

客户端和服务器必须能够彼此知道或者推算出对方的 Unix Time；

客户端和服务器端必须共享一个密钥；

算法必须使用 HOTP 作为其关键实现环节；

客户端和服务器端必须使用相同的步长 X；

每一个客户端必须拥有不同的密钥；

密钥的生成必须足够随机；

密钥必须储存在防篡改的设备上，而且不能在不安全的情况下被访问或使用；

对该算法中 T 的实现必须大于 int32，因为它在 2038 年将超出上限；

T0 和 X 的协商必须在之前的步骤中就已经做好了。

4、参考

4.1、python 的 otp 实现

https://pypi.python.org/pypi/pyotphttps://github.com/pyotp/pyotp

4.2、基于 pyotp 的简单应用

>>> import base64
>>> base64.b32encode('This is my secret key')
'KRUGS4ZANFZSA3LZEBZWKY3SMV2CA23FPE======'
>>> secretKey = base64.b32encode('This is my secret key')
>>> import pyotp
>>> totp = pyotp.TOTP(secretKey)
>>> totp.now()
423779

简单说明：

加载base64的模块，将我的秘钥做一下base32的加密，加载pyotp模块，otp使用base32加密后的秘钥传作为种子，生成随机数字验证的。

可以使用pyotp和expect一起实现基于google authenticator的自动登录（免去每次双认证，输入密码和动态密码）。

4.3、pyotp 的 TOTP 的使用说明

totp = pyotp.TOTP('base32secret3232')
totp.now() # => 492039# OTP verified for current time
totp.verify(492039) # => True
time.sleep(30)
totp.verify(492039) # => False

4.4、pyotp 的 HOTP 的使用说明

hotp = pyotp.HOTP('base32secret3232')
hotp.at(0) # => 260182
hotp.at(1) # => 55283
hotp.at(1401) # => 316439# OTP verified with a counter
hotp.verify(316439, 1401) # => True
hotp.verify(316439, 1402) # => False

4.5、使用场景

服务器登录动态密码验证（如阿里云ECS登录，腾讯机房服务器登录等）；
公司VPN登录双因素验证；
网络接入radius动态密码；
银行转账动态密码；
网银、网络游戏的实体动态口令牌；
等动态密码验证的应用场景。

4.6、市面上基于 HOTP 的产品

宁盾令牌
阿里巴巴的身份宝
Google 的身份验证器（google-authenticator）

4.7、Google 基于 TOTP 的开源实现

https://github.com/google/google-authenticatorRFC6238中TOTP基于java代码的实现。

4.8、golang 的一个 otp 实现

https://github.com/gitchs/gootp

4.9、RFC 参考

RFC 4226 One-Time Password and HMAC-based One-Time Password.RFC 6238 Time-based One-Time Password.RFC 2104 HMAC Keyed-Hashing for Message Authentication.

refer：

https://www.cnblogs.com/voipman/p/6216328.html

http://www.bubuko.com/infodetail-1884978.html

【IoT】加密与安全：动态令牌 OTP、HOTP、TOTP 原理解析相关推荐

动态令牌-(OTP,HOTP,TOTP)-基本原理
动态令牌-(OTP,HOTP,TOTP)-基本原理摘自https://www.cnblogs.com/voipman/p/6216328.html 名词解释和基本介绍 OTP 是 One-Time ...
动态令牌之 OTP,HOTP,TOTP 的基本原理 Python
名词解释和基本介绍: OTP 是 One-Time Password的简写,标识一次性密码 HOTP 是HMAC-based One-Time Password的简写,表示基于HMAC算法加密的一次性 ...
c++中的多态---1（多态概念，静态联编和动态联编，多态原理解析，重载，重写，重定义的对比）
多态的基本概念多态是面向对象设计语言数据抽象和继承之外的第三个基本特征多态性(polymorphism)提供接口与具体实现之间的另一层隔膜,从而将"what"和"ho ...
使用 cglib_java动态代理(JDK和CGLIB原理解析与使用)
CGLIB的动态代理原理代理为控制要访问的目标对象提供了一种途径.当访问对象时,它引入了一个间接的层.JDK自从1.3版本开始,就引入了动态代理,并且经常被用来动态地创建代理.JDK的动态代理用起 ...
动态令牌（谷歌身份验证器）的实现
动态令牌-(OTP,HOTP,TOTP)-基本原理: https://www.cnblogs.com/navysummer/p/11943319.html 实现原理: https://blog.cs ...
【IoT】加密与安全：动态密码 OTP 算法详解
动态密码,亦称一次性密码(One Time Password, 简称 OTP),是一种高效简单又比较安全的密码生成算法,在我们的生活以及工作中随处可见. 1.动态密码背景介绍动态密码是指随着某一事件 ...
CSDN实训第四天（OTP——动态令牌的实现）
CSDN实训第四天(OTP--动态令牌的实现) 一.前言出于对重要文件的保护,产生了密码和验证码这一产物.如今验证码有很多形式,Gif动画验证码.手机短信验证码.手机语音验证码.视频验证码等等, ...
OTP动态令牌工作原理分析
OTP动态令牌是一种新型的强身份认证的信息安全产品,由于其具有使用简单,携带方便,安全性高,美观时尚等优点,已经广泛应用在网银系统,电子办公系统,网络游戏,网络支付等众多领域. OTP原理: OTP动 ...
天融信堡垒机怎么结合国密OTP动态令牌实现双因子身份认证？
摘要: 结合宁盾国密OTP动态令牌为天融信堡垒机登录开启双因子身份认证机制,能有效增强运维人员的账号安全,满足等保合规要求. 天融信运维安全审计系统(简称"堡垒机")是面向政府.企 ...

【IoT】加密与安全：动态令牌 OTP、HOTP、TOTP 原理解析

【IoT】加密与安全：动态令牌 OTP、HOTP、TOTP 原理解析相关推荐

最新文章

热门文章