OTP动态口令的Java实现

    最近项目需要在应用中在登录时增加otp动态口令，作为二次密码的验证，原谅本人的孤陋寡闻居然是初次听说这技术，然后各种在网上查相关资料，发现想研究透此中算法时间太紧迫。鉴于此本人就不细说这个技术原理了（至今没有太搞明白），网上有各种版本的本人只是整理了一下，纯属投机取巧望大拿勿喷。

    第一步、首先我们先在手机应用商店下载FreeOTP（搜索不到找度娘）安装。

    第二步、上工具类切实可用

package com.wx.util;

import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.SecureRandom;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import org.apache.commons.codec.binary.Base32;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

/**
 * 
 * 
 * google身份验证器，java服务端实现
 * 
 * @author wangdaan
 * 
 * @version 创建时间：2018年7月26日 上午4:10:02
 * 
 * 
 */
public class GoogleAuthenticator {

    // 生成的key长度( Generate secret key length)
    public static final int SECRET_SIZE = 10;

    public static final String SEED = "g8GjEvTbW5oVSV7avL47357438reyhreyuryetredLDVKs2m0QN7vxRs2im5MDaNCWGmcD2rvcZx";
    // Java实现随机数算法
    public static final String RANDOM_NUMBER_ALGORITHM = "SHA1PRNG";
    // 最多可偏移的时间
    int window_size = 3; // default 3 - max 17

    /**
     * set the windows size. This is an integer value representing the number of
     * 30 second windows we allow The bigger the window, the more tolerant of
     * clock skew we are.
     * 
     * @param s
     *            window size - must be >=1 and <=17. Other values are ignored 5
     *            动态密码3分钟 4 动态密码2.5分钟 3 动态密码2分钟 2 动态密码1.5分钟 1 动态密码1分钟
     */
    public void setWindowSize(int s) {
        if (s >= 1 && s <= 17)
            window_size = s;
    }

    /**
     * Generate a random secret key. This must be saved by the server and
     * associated with the users account to verify the code displayed by Google
     * Authenticator. The user must register this secret on their device.
     * 生成一个随机秘钥
     * 
     * @return secret key
     */
    public static String generateSecretKey() {
        SecureRandom sr = null;
        try {
            sr = SecureRandom.getInstance(RANDOM_NUMBER_ALGORITHM);
            sr.setSeed(Base64.decodeBase64(SEED));
            byte[] buffer = sr.generateSeed(SECRET_SIZE);
            Base32 codec = new Base32();
            byte[] bEncodedKey = codec.encode(buffer);
            String encodedKey = new String(bEncodedKey);
            return encodedKey;
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            // should never occur... configuration error
        }
        return null;
    }

    /**
     * Return a URL that generates and displays a QR barcode. The user scans
     * this bar code with the Google Authenticator application on their
     * smartphone to register the auth code. They can also manually enter the
     * secret if desired
     * 
     * @param user
     *            user id (e.g. fflinstone)
     * @param host
     *            host or system that the code is for (e.g. myapp.com)
     * @param secret
     *            the secret that was previously generated for this user
     * @return the URL for the QR code to scan
     */
    public static String getQRBarcodeURL(String user, String host, String secret) {
        String format = "http://www.google.com/chart?chs=200x200&chld=M%%7C0&cht=qr&chl=otpauth://totp/%s@%s?secret=%s";
        return String.format(format, user, host, secret);
    }

    /**
     * 生成一个google身份验证器，识别的字符串，只需要把该方法返回值生成二维码扫描就可以了。
     * 
     * @param user
     *            账号
     * @param secret
     *            密钥
     * @return
     */
    public static String getQRBarcode(String user, String secret) {
        String format = "otpauth://totp/%s?secret=%s";
        return String.format(format, user, secret);
    }

    /**
     * Check the code entered by the user to see if it is valid 验证code是否合法
     * 
     * @param secret
     *            The users secret.
     * @param code
     *            The code displayed on the users device
     * @param t
     *            The time in msec (System.currentTimeMillis() for example)
     * @return
     */
    public boolean check_code(String secret, long code, long timeMsec) {
        Base32 codec = new Base32();
        byte[] decodedKey = codec.decode(secret);
        // convert unix msec time into a 30 second "window"
        // this is per the TOTP spec (see the RFC for details)
        long t = (timeMsec / 1000L) / 30L;
        // Window is used to check codes generated in the near past.
        // You can use this value to tune how far you're willing to go.
        for (int i = -window_size; i <= window_size; ++i) {
            long hash;
            try {
                hash = verify_code(decodedKey, t + i);
            } catch (Exception e) {
                // Yes, this is bad form - but
                // the exceptions thrown would be rare and a static
                // configuration problem
                e.printStackTrace();
                throw new RuntimeException(e.getMessage());
                // return false;
            }
            if (hash == code) {
                return true;
            }
        }
        // The validation code is invalid.
        return false;
    }

    private static int verify_code(byte[] key, long t) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException {
        byte[] data = new byte[8];
        long value = t;
        for (int i = 8; i-- > 0; value >>>= 8) {
            data[i] = (byte) value;
        }
        SecretKeySpec signKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA1");
        Mac mac = Mac.getInstance("HmacSHA1");
        mac.init(signKey);
        byte[] hash = mac.doFinal(data);
        int offset = hash[20 - 1] & 0xF;
        // We're using a long because Java hasn't got unsigned int.
        long truncatedHash = 0;
        for (int i = 0; i < 4; ++i) {
            truncatedHash <<= 8;
            // We are dealing with signed bytes:
            // we just keep the first byte.
            truncatedHash |= (hash[offset + i] & 0xFF);
        }
        truncatedHash &= 0x7FFFFFFF;
        truncatedHash %= 1000000;
        return (int) truncatedHash;
    }
}

第三步、在二次登录页面调用此工具类生成二维码的方法，在页面生成一个带参数二维码

第四步、用手机安装的FreeOTP工具扫描此二维码即可在app中获取动态口令

附测试类

package com.wx.util.cache;

import org.junit.Test;

import com.wx.util.GoogleAuthenticator;

/** 
 * 
 * 
 * 身份认证测试 
 * 
 * @author wangdaan 
 * 
 * @version 创建时间：2017年8月14日 上午11:09:23 
 * 
 * 
 */
public class JunitTest { 
 //当测试authTest时候，把genSecretTest生成的secret值赋值给它 
 private static String secret="R2Q3S52RNXBTFTOM"; 
  
 @Test 
 public void genSecretTest() {// 生成密钥 
//  secret = GoogleAuthenticator.generateSecretKey(); 
 // 把这个qrcode生成二维码，用google身份验证器扫描二维码就能添加成功 
 String qrcode = GoogleAuthenticator.getQRBarcode("[email protected]", secret); 
 System.out.println("qrcode:" + qrcode + ",key:" + secret); 
 } 
 
// public static void main(String[] args) {
//     secret = OtpUtil3.generateSecretKey(); 
//     // 把这个qrcode生成二维码，用google身份验证器扫描二维码就能添加成功 
//     String qrcode = OtpUtil3.getQRBarcode("[email protected]", secret); 
//     System.out.println("qrcode:" + qrcode + ",key:" + secret); 
//     System.out.println("########################################"); 
//     long code = 251665; 
//     long t = System.currentTimeMillis(); 
//     OtpUtil3 ga = new OtpUtil3(); 
//     ga.setWindowSize(5); 
//     boolean r = ga.check_code(secret, code, t); 
//     System.out.println("检查code是否正确？" + r); 
//}
 /** 
 * 对app的随机生成的code,输入并验证 
 * WindowSize5 动态密码3分钟
 * WindowSize4 动态密码2.5分钟
 * WindowSize3 动态密码2分钟
 * WindowSize2 动态密码1.5分钟
 * WindowSize1 动态密码1分钟
 */
 @Test
 public void verifyTest() {
     long code = 300884; //14:44:00  
     long t = System.currentTimeMillis(); 
     GoogleAuthenticator ga = new GoogleAuthenticator(); 
     ga.setWindowSize(1); 
     boolean r = ga.check_code(secret, code, t); 
     System.out.println("检查code是否正确？" + r); 
 }

}