Google Authenticator(谷歌身份验证器)C#版

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

手机需要安装认证器：

• Android版：安卓版下载
• IOS版：苹果版下载

效果图

容

案例

控制台

 1 using System;
 2 using System.Collections.Generic;
 3 using System.Linq;
 4 using System.Text;
 5 
 6 namespace GoogleAuthenticator
 7 {
 8     class Program
 9     {
10         static void Main(string[] args)
11         {
12             long duration = 30;
13             string key = "[email protected]";
14             GoogleAuthenticator authenticator = new GoogleAuthenticator(duration, key);
15             var mobileKey = authenticator.GetMobilePhoneKey();
16 
17             while (true)
18             {
19 
20                 Console.WriteLine("手机端秘钥为：" + mobileKey);
21 
22                 var code = authenticator.GenerateCode();
23                 Console.WriteLine("动态验证码为：" + code);
24 
25                 Console.WriteLine("刷新倒计时：" + authenticator.EXPIRE_SECONDS);
26 
27                 System.Threading.Thread.Sleep(1000);
28                 Console.Clear();
29             }
30         }
31     }
32 }

View Code

 

认证器类

  1 using GoogleAuthorization;
  2 using System;
  3 using System.Security.Cryptography;
  4 using System.Text;
  5 namespace GoogleAuthenticator
  6 {
  7     public class GoogleAuthenticator
  8     {
  9         /// 

 10         /// 初始化验证码生成规则
 11         /// 
 12         /// 秘钥(手机使用Base32码)
 13         /// 验证码间隔多久刷新一次（默认30秒和google同步）
 14         public GoogleAuthenticator(long duration = 30, string key = "[email protected]")
 15         {
 16             this.SERECT_KEY = key;
 17             this.SERECT_KEY_MOBILE = Base32.ToString(Encoding.UTF8.GetBytes(key));
 18             this.DURATION_TIME = duration;
 19         }
 20 
 21         /// 

 22         /// 间隔时间
 23         /// 
 24         private long DURATION_TIME { get; set; }
 25 
 26         /// 

 27         /// 迭代次数
 28         /// 
 29         private long COUNTER
 30         {
 31             get
 32             {
 33                 return (long)(DateTime.UtcNow - new DateTime(1970, 1, 1, 0, 0, 0, DateTimeKind.Utc)).TotalSeconds / DURATION_TIME;
 34             }
 35         }
 36 
 37         /// 

 38         /// 秘钥
 39         /// 
 40         private string SERECT_KEY { get; set; }
 41 
 42         /// 

 43         /// 手机端输入的秘钥
 44         /// 
 45         private string SERECT_KEY_MOBILE { get; set; }
 46 
 47         /// 

 48         /// 到期秒数
 49         /// 
 50         public long EXPIRE_SECONDS
 51         {
 52             get
 53             {
 54                 return (DURATION_TIME - (long)(DateTime.UtcNow - new DateTime(1970, 1, 1, 0, 0, 0, DateTimeKind.Utc)).TotalSeconds % DURATION_TIME);
 55             }
 56         }
 57 
 58         /// 

 59         /// 获取手机端秘钥
 60         /// 
 61         /// 
 62         public string GetMobilePhoneKey()
 63         {
 64             if (SERECT_KEY_MOBILE == null)
 65                 throw new ArgumentNullException("SERECT_KEY_MOBILE");
 66             return SERECT_KEY_MOBILE;
 67         }
 68 
 69         /// 

 70         /// 生成认证码
 71         /// 
 72         /// 返回验证码
 73         public string GenerateCode()
 74         {
 75             return GenerateHashedCode(SERECT_KEY, COUNTER);
 76         }
 77 
 78         /// 

 79         /// 按照次数生成哈希编码
 80         /// 
 81         /// 秘钥
 82         /// 迭代次数
 83         /// 生成位数
 84         /// 返回验证码
 85         private string GenerateHashedCode(string secret, long iterationNumber, int digits = 6)
 86         {
 87             byte[] counter = BitConverter.GetBytes(iterationNumber);
 88 
 89             if (BitConverter.IsLittleEndian)
 90                 Array.Reverse(counter);
 91 
 92             byte[] key = Encoding.ASCII.GetBytes(secret);
 93 
 94             HMACSHA1 hmac = new HMACSHA1(key, true);
 95 
 96             byte[] hash = hmac.ComputeHash(counter);
 97 
 98             int offset = hash[hash.Length - 1] & 0xf;
 99 
100             int binary =
101                 ((hash[offset] & 0x7f) << 24)
102                 | ((hash[offset + 1] & 0xff) << 16)
103                 | ((hash[offset + 2] & 0xff) << 8)
104                 | (hash[offset + 3] & 0xff);
105 
106             int password = binary % (int)Math.Pow(10, digits); // 6 digits
107 
108             return password.ToString(new string('0', digits));
109         }
110     }
111 }

View Code

 

Base32转码类

  1 using System;
  2 namespace GoogleAuthorization
  3 {
  4     public static class Base32
  5     {
  6         public static byte[] ToBytes(string input)
  7         {
  8             if (string.IsNullOrEmpty(input))
  9             {
 10                 throw new ArgumentNullException("input");
 11             }
 12 
 13             input = input.TrimEnd('='); 
 14             int byteCount = input.Length * 5 / 8; 
 15             byte[] returnArray = new byte[byteCount];
 16 
 17             byte curByte = 0, bitsRemaining = 8;
 18             int mask = 0, arrayIndex = 0;
 19 
 20             foreach (char c in input)
 21             {
 22                 int cValue = CharToValue(c);
 23 
 24                 if (bitsRemaining > 5)
 25                 {
 26                     mask = cValue << (bitsRemaining - 5);
 27                     curByte = (byte)(curByte | mask);
 28                     bitsRemaining -= 5;
 29                 }
 30                 else
 31                 {
 32                     mask = cValue >> (5 - bitsRemaining);
 33                     curByte = (byte)(curByte | mask);
 34                     returnArray[arrayIndex++] = curByte;
 35                     curByte = (byte)(cValue << (3 + bitsRemaining));
 36                     bitsRemaining += 3;
 37                 }
 38             }
 39 
 40             if (arrayIndex != byteCount)
 41             {
 42                 returnArray[arrayIndex] = curByte;
 43             }
 44 
 45             return returnArray;
 46         }
 47 
 48         public static string ToString(byte[] input)
 49         {
 50             if (input == null || input.Length == 0)
 51             {
 52                 throw new ArgumentNullException("input");
 53             }
 54 
 55             int charCount = (int)Math.Ceiling(input.Length / 5d) * 8;
 56             char[] returnArray = new char[charCount];
 57 
 58             byte nextChar = 0, bitsRemaining = 5;
 59             int arrayIndex = 0;
 60 
 61             foreach (byte b in input)
 62             {
 63                 nextChar = (byte)(nextChar | (b >> (8 - bitsRemaining)));
 64                 returnArray[arrayIndex++] = ValueToChar(nextChar);
 65 
 66                 if (bitsRemaining < 4)
 67                 {
 68                     nextChar = (byte)((b >> (3 - bitsRemaining)) & 31);
 69                     returnArray[arrayIndex++] = ValueToChar(nextChar);
 70                     bitsRemaining += 5;
 71                 }
 72 
 73                 bitsRemaining -= 3;
 74                 nextChar = (byte)((b << bitsRemaining) & 31);
 75             }
 76 
 77             if (arrayIndex != charCount)
 78             {
 79                 returnArray[arrayIndex++] = ValueToChar(nextChar);
 80                 while (arrayIndex != charCount) returnArray[arrayIndex++] = '='; 
 81             }
 82 
 83             return new string(returnArray);
 84         }
 85 
 86         private static int CharToValue(char c)
 87         {
 88             var value = (int)c;
 89 
 90             if (value < 91 && value > 64)
 91             {
 92                 return value - 65;
 93             }
 94             if (value < 56 && value > 49)
 95             {
 96                 return value - 24;
 97             }
 98             if (value < 123 && value > 96)
 99             {
100                 return value - 97;
101             }
102 
103             throw new ArgumentException("Character is not a Base32 character.", "c");
104         }
105 
106         private static char ValueToChar(byte b)
107         {
108             if (b < 26)
109             {
110                 return (char)(b + 65);
111             }
112 
113             if (b < 32)
114             {
115                 return (char)(b + 24);
116             }
117 
118             throw new ArgumentException("Byte is not a value Base32 value.", "b");
119         }
120     }
121 }

View Code

 

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。