FIDO与WebAuthn
文章目录
- FIDO
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- 背景
- FIDO是什么
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- fido1.0
- fido2.0
- FIDO2能做什么
- FIDO2实现
-
- 介绍一些概念
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- 1、什么是WebAuthn
- 2、FIDO2的组件
- 3、常用术语和概念
- 使用流程
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- 1、使用之前必须知道的
- WebAuthn
- 注册
-
- create结果返回
- 验证
-
- get结果返回
- 实现的详细步骤
- create返回值处理
-
- clientDataJSON
- attestationObject
- get返回值处理
-
- response. clientDataJSON
- 验证认证器
- 无用户名登录
说在最前面：目前实现fido的困难点在于
1、虽说目前发布了W3C规范，但仍然存在兼容问题，不同的浏览器对相关的特性支持情况不一且支持的浏览器不多
2、需要认证器，而认证器成本比较高；若使用内置认证器，只有手机和部分pc支持指纹等生物识别
3、认证器需要与用户设备交互，而交互需要有api，目前在不开发的情况下，只有部分主流浏览器支持和鸿蒙，windows10 1903以上版本，以及MacOs支持；目前这个是主要难点，若将fido集成在应用上，需要集成fidosdk；
4、fido目前，由于为了实现无限公私钥对，使用固定算法+烧录认证器硬件上的唯一私钥+凭证id生成公私钥，据阿里巴巴安全工程师指出这种方式存在安全风险，可破译伪装；阿里巴巴技术专家：U2F存在风险可被钓鱼克隆，服务提供商需做对应检测 (sohu.com)
FIDO
背景
目前流行的身份认证方式或多或少存在问题。
传统静态密码认证存在的安全问题：
- 通过黑客技术盗取用户帐号密码，如：拖库、钓鱼、木马、暴力破解等。
- 撞库：利用大多数人在所有服务使用同一套帐号密码的特点，使用已经获得的帐号密码尝试登录其他服务。
动态认证方式存在的安全问题：
- 恶意应用可以读取短信验证码，在用户不知情的情况下进行盗刷。
- 动态令牌、U盾在各个机构间不通用，用户需要持有多个硬件设备。
- 短信验证码依赖信任手机和SIM卡以及运营商基站，手机和SIM可能丢失或被盗，基站存在被伪造，甚至通过钓鱼网站、中间人攻击等手段获取用户正确的验证码，安全性大打折扣。
生物特征认证存在的安全问题：
- 生物特征独一无二，被采集到服务端，无法像密码一样更改，泄露后果严重。
- 只在移动端（手机和部分笔记本电脑）普及，桌面端基本无法使用。
使用静态密码的不足
1）静态密码的易用性和安全性互相排斥，两者不能兼顾，简单容易记忆的密码安全性弱，复杂的静态密码安全性高但是不易记忆和维护;
2）静态密码安全性低，容易遭受各种形式的安全攻击;
3）静态密码的风险成本高，一旦泄密将可能造成最大程度的损失，而且在发生损失以前，通常不知道静态密码已经泄密;
4）静态密码的使用和维护不便，特别一个用户有几个甚至十几个静态密码需要使用和维护时，静态密码遗忘及遗忘以后所进行的挂失、重置等操作通常需要花费不少的时间和精力，非常影响正常的使用感受。
而fido可省去输入账户、密码、验证码等环节
为了进一步提高账户安全性，双因素身份认证问世了。最普遍的2FA方式就是短信验证码、OTP动态令牌、基于USBKey的CA认证等等。
1）短信验证码依赖信任手机和SIM卡以及运营商基站，手机和SIM可能丢失或被盗，基站存在被伪造，甚至通过钓鱼网站、中间人攻击等手段获取用户正确的验证码，安全性大打折扣；
2）OTP动态令牌，UsbKey CA证书使用独立硬件作为身份认证的入口，要随身带硬件设备并且依赖负责的后端服务器来管理，成本非常大使用很不方便；没有标准各个厂商各自维护自有协议。
FIDO是什么
FIDO全称为Fast Identity Online，是一套身份认证框架协议。它由FIDO联盟推出并持续维护；
它的目标是创建一套开放、可扩展的标准协议，支持对Web应用的非密码安全认证，消除或减弱用户对密码的依赖。
fido发展至今共有两个版本，fido1.0和fido2.0
fido1.0
主要是通过两个标准协议来实现安全登录(验证)：分为两大类U2F和UAF。
U2F类似于国内的二代U盾的保护机制，相当于双因素认证。使用双因子（密码和能与用户交互的设备）保护用户账户个隐私。当进行验证时，服务器在合适的时候，提示用户插入设备并进行按键操作，加密设备对数据签名，发送给服务器，服务器做验证，如果验证成功，用户则可登录成功。由于有了第二因子（加密设备）的保护，用户可以选择不设置密码或者使用一串简单易记的4位密码。
UAF则是支持指纹，语音，虹膜，脸部识别等生物身份识别方式。无需用户密码介入，直接进行验证交易。用户在注册阶段，根据服务器支持的本地验证方式，选择一种验证方式，如指纹识别，人脸识别，语音识别等等，服务器也可以保留密码验证方式，将密码和生物相结合，增强账户安全性。
fido1.0为无密码/2fa 体验创建跨行业标准的第一次迭代（使用 UAF 和 U2F），此时还未成为相关国际标准制定机构
fido2.0
与1.0区别
区别就是，FIDO2 是由 FIDO 联盟和 W3C 共同推出的 U2F（现称作 FIDO1）的后继标准，旨在增强网络认证的安全性，使用CTAP（身份验证器 API）和Webauthn（浏览器 API）实现U2F；且FIDO2 增加了单因素认证功能，也就是不再需要用户名密码，真正实现无密码登录。
也就是完善了U2F且1.0还未形成规范，而2.0之后统一了规范，制定了身份验证器和浏览器（用户端）的API。
FIDO2：第二次迭代（使用 CTAP 和 Webauthn）
- U2F：为 FIDO 指定 Javascript API 和 HID 协议
- CTAP：为 FIDO2 指定 HID 协议（身份验证器 API）
- Webauthn：为 FIDO2 指定一个 Javascript API （浏览器 API）W3C 标准
2019年3月4日万维网联盟（W3C）宣布：Web身份验证API（WebAuthn）现在已成为官方Web标准。
2019年正式发布的FIDO2包含CTAP（Client to Authenticator Protocols）和W3C WebAuthn两部分，是1.x版本的演进，向后兼容1.x版本。
- CTAP：允许通过USB、NFC或BLE使用外部身份验证器（比如FIDO安全密钥，移动设备）在启用FIDO2的浏览器和操作系统上进行身份验证，以提供无密码、二次身份验证或多重身份验证体验。
- W3C WebAuthn：定义了内置在浏览器和平台中的标准Web API，以支持FIDO身份验证。
FIDO2 标准主要包括四个部分
其一是用于网站和访客设备交互的 WebAuthn，
而 Client to Authenticator Protocol 2（CTAP2，客户端-认证器协议）作为 WebAuthn 的补充，则是用于访客的设备和认证器交互的协议。
标准的其他两个部分则是 U2F 和 UAF 规范。
我们只关心 WebAuthn，不会涉及 CTAP, U2F 和 UAF 的相关知识。
FIDO2能做什么
1、保证用户认证的安全和隐私。
2、无用户名密码登录
3、解决背景中提到的所不能的或存在的缺陷
FIDO2实现
介绍一些概念
1、什么是WebAuthn
WebAuthn 是“一个用于访问公钥凭证的 API”，网站可以通过这个 API 进行一些高安全性的身份验证。WebAuthn 一个最常见的应用就是用于网站登录时的 2FA（双重因素验证）甚至是无密码登录。通过网页调用 WebAuthn，在不同平台下，我们可以实现通过 USB Key、指纹、面部甚至虹膜扫描来认证身份，同时确保安全和隐私。
图一：是window1903以上版本提供的window Hello
图二三：是浏览器调用WebAuthn API拉起的访问认证器的交互页面
注意：WebAuthn 只能在安全上下文中使用，也就是说，页面需要使用 HTTPS 协议或是处于 内网 中。
2、FIDO2的组件
FIDO2包括3个组件：FIDO2认证器、FIDO2客户端和FIDO2服务器。
-
FIDO2认证器：
用来进行本地认证的机制或设备，又分为FIDO2平台认证器和FIDO2漫游认证器两种。在面向最终用户时，认证器通常被称为安全密钥。
- FIDO2平台认证器：集成在使用FIDO2的设备上的认证器，比如手机或笔记本电脑上的指纹认证器。
- FIDO2漫游认证器：游离于使用FIDO2的设备，通过蓝牙、NFC或USB连接的认证器，比如形状类似于U盾或动态令牌的认证器。
-
FIDO2客户端：集成在平台（如Windows、MacOS和HMS Core）中，提供SDK给应用集成；或集成在浏览器中（如Chrome、Firefox和华为浏览器），提供JavaScript API给服务集成。FIDO2客户端是应用调用FIDO2服务器和FIDO2认证器完成认证的桥梁。
-
FIDO2服务器：在应用服务器需要发起FIDO2认证时，生成符合FIDO2规范的认证请求，发送给应用服务器；并在FIDO2认证器完成本地认证后，接收应用服务器返回的FIDO2认证响应，并进行校验。
3、常用术语和概念
在一个完整的 WebAuthn 认证流程中，通常有这么几个角色：
- Relying Party 依赖方 (RP) ：指服务提供方，即网站，也就是FIDO2服务器
- Authenticator 认证器：通常指 USB Key 或是设备内置的指纹扫描器、虹膜扫描器、面部识别装置等，正是它们在使用流程中代替了密码甚至是用户名，也就是FIDO2认证器
- User Agent 用户代理：通常指浏览器或系统，负责与认证器交互，也就是FIDO2客户端
- User 用户：正准备登录的你
认证过程通常分为两种：
- Registration Ceremony 注册仪式：用户向账户上添加认证器
- Authentication Ceremony 验证仪式：用户通过已注册的认证器验证身份
同时，认证过程中还会产生这些内容：
- Challenge 挑战：通常是一串随机字符串
- Public Key Credential 公钥凭证：由认证器产生的凭证，在技术上代替了密码
- Attestation 证明：注册时认证器产生的验证数据
- Assertion 断言：验证时认证器产生的验证数据
使用流程
1、使用之前必须知道的
要使用 FIDO2，我们必须要有FIDO客户端，而客户端一般是OS平台和浏览器平台;
而要使用WebAuthn，我们必须要依靠浏览器作为媒介和验证器进行交互，而这就需要浏览器对于 WebAuthn 的支持了。绝大多数新版本的现代浏览器都为 WebAuthn 提供了统一的接口，而在这一段中我们会了解如何使用相关的接口。但是在开始之前，我们可以先来看看浏览器的支持程度。
| 浏览器 | 支持情况 |
|---|---|
| 桌面端 Chrome | 67+ |
| 移动端 Chrome | 67+[1] |
| 桌面端 Firefox | 60+ |
| 移动端 Firefox | 92+[2] |
| 桌面端 Edge | 18+ |
| 移动端 Edge | 90+[3] |
| 桌面端 Safari | 13+ |
| 移动端 Safari | 13.3+[4] |
| 桌面端 Opera | 54+ |
| 移动端 Opera | 不支持 |
[1] 受平台限制，Chrome 在 iOS 平台上不支持 WebAuthn，在 Android 平台上支持大部分 WebAuthn 功能，但仍不支持部分特性（如 userVerification）。
[2] 移动端 Firefox 80 以下的版本支持 WebAuthn 但似乎会忽略 authenticatorAttachment 等一部分参数，同时移动端 Firefox Beta 80 以下的版本支持 WebAuthn 但无法成功调用。自 80 版本起移动端 Firefox 暂时取消了对 WebAuthn 的支持，并自 92 版本起重新支持了 WebAuthn。
[3] 低版本的移动端 Edge 似乎支持 WebAuthn 但无法成功调用。
[4] Safari iOS/iPad OS 13 仅支持外部认证器，无法调用 Touch ID 或 Face ID；自 iOS/iPad OS 14 起 Safari 已支持全功能 WebAuthn，可以调用 Touch ID/Face ID
当然，一众国产浏览器，以及 Samsung Browser 和 Yandex Browser，目前都不支持 WebAuthn。此外，由于 WebAuthn 涉及外部验证器和 TPM 可信平台模块等，用户的操作系统也会对 WebAuthn 的可用性造成影响。以下是一些需要注意的信息：
- Windows 10 1903 以下版本仅 Edge 能提供完整支持，其他浏览器只能使用 USB Key 等外部认证器；1903+ 中所有浏览器都可以通过 Windows Hello 带来完整的 WebAuthn 支持
- Android 需要安装并开启 Google 服务
- iOS/iPad OS 13.3 以下的版本不支持 WebAuthn，iOS/iPad OS 14 以下的版本支持有限（参考上文），iOS/iPad OS 14 开始 Safari 已支持全功能 WebAuthn（功能完整度甚至超过了 Android）
仍要注意某些特性不同浏览器的表现各不相同，虽不相同但不影响主要流程
WebAuthn
和普通认证一样，WebAuthn 分为两个部分，注册和验证。
注册会在依赖方中将认证器的一些信息和用户建立关联；
验证则是验证这些信息以登确保是用户本人在登录。
1、用户点击注册按钮，交互应用服务器应请求后台服务器
2、后台服务器根据用户名找到用户id，将用户id和服务器id和一个随机字符串（挑战）返回
3、交互应用服务器组装参数，调用webAuthn的create接口与认证器交互
4、执行create方法，首先检测设备是否存在认证器，不存在会提示用户插入
5、认证器首先要求用户验证身份，UAF认证器通过生物识别认证，U2F认证器通过4位PIN码
6、认证器会根据生成随机的凭证id，并根据凭证id和刻录在认证器硬件上的唯一私钥使用特定算法生成一对公私钥，并使用私钥加密挑战，并返回公钥，凭证id，加密后的挑战
7、浏览器传递返回值
8、后台验证挑战，保存凭证id和公钥，将公钥和凭证id关联该用户，fido认证注册成功；
1、用户输入用户名，点击登录，浏览器请求后台服务器获取参数
2、后台服务器根据用户名返回凭证id，并附上自己的服务器id以及挑战
3、浏览器组装参数，调用webAuthn接口的get方法
4、执行get方法，首先检测是否存在认证器，无则要求插入
5、认证器响应方法，根据凭证id使用特定算法和唯一私钥生成公私钥，使用私钥加密挑战，将加密后的挑战和公钥返回
6、后台服务器解析返回值，验证挑战；匹配则登录成功
WebAuthn 在理论上是安全的，在整个过程中并没有隐私数据被传输——用户信息实际上只包含用户名和用户 ID。因此我们完全可以说 WebAuthn 是安全且私密的。
为了避免用户在不同依赖方之间被追踪，认证器通常会为每个依赖方和用户的组合都创建一对公私钥。不过，由于认证器的存储空间有限，认证器通常不会存储每一个私钥，而是会通过各类信息和烧录在认证器内的主密钥“算”出对应的私钥以实现无限对公私钥。具体算法根据不同厂商会有所不同。
如果依赖方需要，用户同意后，发送给依赖方的公钥凭证中可以包含用于辨认认证器型号的信息，不过这对隐私的影响微乎其微。
由于不同厂商的认证器的实现方式不同，我们并不能保证凭证 ID 一定是全局唯一的，也就是说，凭证 ID 有可能碰撞——即使这些凭证实际上是不同的。依赖方在实现凭证 ID 的存储及查找时，需要注意和用户 ID 结合进行存储或查找，或是直接在注册认证器时在服务器端对比阻止相同的凭证 ID。
注册
要使用 WebAuthn，我们可以使用 navigator.credentials.create() 请求认证器生成公钥凭证
navigator.credentials.create() 需要传入的参数如下：
navigator.credentials.create({
publicKey: {
challenge,//一个随机字符串，用来验证的，长度至少16，需要转换 Uint8Array
rp: {
id,//（可选）依赖方 ID，必须为当前域名或为当前域名的子集的域名，不指定默认为当前域名
name,//依赖方名称，用于方便用户辨认
icon//(可选)不必要的，依赖方图标
},//依赖方信息
user: {
id,//用户的唯一标识，需要转换为Uint8Array 的字符串
name,//登录用户名
displayName,//用于显示的用户名称，显示与否的具体行为取决于浏览器
icon//(可选)不必要的，用户图标
},//用户信息
pubKeyCredParams: [
{
type: "public-key",
alg//一个负整数，用于标明算法。算法对应的数字可以在 COSE 找到
}
],//一个算法列表，指明依赖方接受哪些签名算法
authenticatorSelection: {
authenticatorAttachment,//String（可选）指定要求的认证器类型。
userVerification,//String（可选）指定认证器是否需要验证
requireResidentKey//Boolean（可选）是否要求将私钥钥永久存储于认证器中
},//（可选）用于过滤正确的认证器
excludeCredentials: [
{
id,//要排除的凭证ID
transports: [],//通信方式
type: "public-key"//只能为这个值
}
],//（可选）用于标识要排除的凭证，避免同一个用户多次注册同一个认证器。
timeout,//Number类型（可选），方法超时时间的毫秒数，超时后将强制终止 create() 并抛出错误。不设置将使用浏览器的默认值，推荐值5000-120000
extensions:{},//WebAuthn 扩展，可以提供规范之外的配置和响应
attestation//(可选)String：表明依赖方是否需要要求认证器证明自己
}
})
参数详细解释
- challenge: Uint8Array：转换为 Uint8Array 的挑战，长度至少为 16，建议为 32
- rp: Object：依赖方信息，其中有一项为必须：
- rp.id: String：（可选）依赖方 ID，必须为当前域名或为当前域名的子集的域名（不是子域名）。如域名为 test.123.example.com，则依赖方 ID 可以是 test.123.example.com, 123.example.com 或 example.com。不指定则默认使用当前域名
- rp.name: String：依赖方名称，用于方便用户辨认
- rp.icon：String: （可选）为依赖方和用户设置图标，可以使用 HTTPS URL 或 Base64，一般长度不能超过 128 字节，不过大部分浏览器不会显示图标，或是有非常小的图片体积限制，所以一般没有使用这一属性的必要
- user: Object：用户信息，其中有三项为必须：
- user.id: Uint8Array：转换为 Uint8Array 的字符串。出于安全考量，这应尽可能不与任何用户信息相关联，如不要包含用户名、用户邮箱等
- user.name: String：登录用户名
- user.dispalyName: String：用于显示的用户名称，显示与否的具体行为取决于浏览器
- pubKeyCredParams: Array：一个算法列表，指明依赖方接受哪些签名算法。列表的每一项都是一个对象，拥有两个属性：
- pubKeyCredParams[].type: String：值只能为 “public-key”
- pubKeyCredParams[].alg: Number：一个负整数，用于标明算法。具体算法对应的数字可以在 COSE 找到
- authenticatorSelection: Object：（可选）用于过滤正确的认证器，这里介绍常用的一些参数：
- authenticatorSelection.authenticatorAttachment: String：（可选）指定要求的认证器类型。如果没有满足要求的认证器，认证可能会失败。该参数可以为 null（表示接受所有类型的认证器）或是以下两个值之一：
- platform：表示仅接受平台内置的、无法移除的认证器，如手机的指纹识别设备
- cross-platform：表示仅接受外部认证器，如 USB Key
- authenticatorSelection.userVerification: String：（可选）指定认证器是否需要验证“用户为本人 (User Verified, UV)”，否则只须“用户在场 (User Present, UP)”。具体验证过程取决于认证器（不同认证器的认证方法不同，也有认证器不支持用户验证），而对验证结果的处理情况则取决于依赖方。该参数可以为以下三个值之一：
- required：依赖方要求用户验证
- preferred：（默认）依赖方希望有用户验证，但也接受用户在场的结果
- discouraged：依赖方不关心用户验证。对于 iOS/iPad OS 13，必须设置为此值，否则验证将失败
authenticatorSelection.requireResidentKey: Boolean：是否要求将私钥永久存储于认证器中。默认值为false。对于 iOS/iPad OS 13，必须设置为false，否则验证将失败
- authenticatorSelection.authenticatorAttachment: String：（可选）指定要求的认证器类型。如果没有满足要求的认证器，认证可能会失败。该参数可以为 null（表示接受所有类型的认证器）或是以下两个值之一：
- excludeCredentials: Array：（可选）用于标识要排除的凭证，可以避免同一个用户多次注册同一个认证器。如果用户试图注册相同的认证器，用户代理会抛出 InvalidStateError 错误。数组中的每一项都是一个公钥凭证对象，包含以下属性：
- excludeCredentials[].type: String：值只能为 “public-key”
- excludeCredentials[].id: Uint8Array：要排除的凭证 ID
- excludeCredentials[].transports: Array：（可选）用于指定该凭证所需的认证器与用户代理的通信方式，可以包含以下的一或多个字符串：
- usb：可以通过 USB 连接的认证器
- nfc：可以通过 NFC 连接的认证器
- ble：可以通过蓝牙连接的认证器
- internal：平台内置的、无法移除的认证器
- timeout: Number：（可选）方法超时时间的毫秒数，超时后将强制终止 create() 并抛出错误。若不设置，将使用用户代理的默认值；若太大或太小，则使用最接近的用户代理默认值范围中的值。推荐值为 5000-120000
attestation: String：表明依赖方是否需要证明。可选三个值：none：（默认）不需要证明。如上文所述，依赖方不关心证明，因此认证器不会签名。对于 iOS/iPad OS 13，必须设置为此值，否则验证将失败indirect：依赖方需要证明，但证明方式可由认证器选择。在支持匿名证明的认证器上，认证器会通过匿名证明的方式签名挑战，并向依赖方提供签名方式等信息direct：依赖方要求直接证明。此时认证器会使用烧录在认证器中的公钥进行签名，同时向依赖方提供签名方式等信息以供依赖方验证认证器是否可信。更多信息可以阅读“验证认证器”一节
extensions: Object：WebAuthn 扩展，可以提供规范之外的配置和响应。由于实际情况中很少会使用这一特性，不讨论；
注意：
1、对于 pubKeyCredParams，通常我们只需添加 ES256 (alg: -7) 算法即可兼容大部分外部认证器，此外，再添加 RS256 (alg: -257) 算法即可兼容大部分平台内置认证器（如 Windows Hello）。
2、对于 userVerification，由于默认值 “preferred” 并不能很好地被所有设备支持，因此无论在 create() 中还是 get() 中不指定该参数都会在 Chrome 中触发一条警告。
3、 将 requireResidentKey设置为 true 可以实现无用户名的登录，即认证器同时替代了用户名和密码。需要注意的是，尽管大部分认证器可以实现无限对公私钥，但能永久存储的私钥数量是有限的（对于 Yubikey，这通常是 25），因此只应在真正需要的时候启用此特性。我们会在 无用户名登录 一节中详细讨论原因
4、如果你没有高安全需求（如银行交易等），请不要向认证器索取证明，即将 attestation 设置为 “none”。对于普通身份认证来说，要求证明不必要的，且会有浏览器提示打扰到用户。浏览器会有提示的，后面会详细说明；
create结果返回
调用 create() 之后，我们就可以拿到一个 Promise，并可以在 then 中获得认证器返回
的 PublicKeyCredential 对象。
以下是返回的PublicKeyCredential 对象的例子：
PublicKeyCredential {
rawId: ArrayBuffer(32) {},//ArrayBuffer 的原始凭证 ID
response: AuthenticatorAttestationResponse {
attestationObject: ArrayBuffer(390) {},
clientDataJSON: ArrayBuffer(121) {}
},//是返回的主要部分
id: "VByF2w2hDXkVsevQFZdbOJdyCTGOrI1-sVEzOzsNnY0",//Base64URL 编码的凭证 ID
type: "public-key"//一定是public-key
}
其中有：
- id: String：Base64URL 编码的凭证 ID
- rawId: ArrayBuffer：ArrayBuffer 的原始凭证 ID
- type: String：一定是 “public-key”
- response: Object：AuthenticatorAttestationResponse 对象，是 PublicKeyCredential 的主要部分，包含以下两个内容：
- response.clientDataJSON: ArrayBuffer：客户端数据，包含 origin（即凭证请求来源）、挑战等信息
- response.attestationObject: ArrayBuffer：CBOR 编码的认证器数据，包含凭证公钥、凭证 ID、签名（如果有）、签名计数等信息
将 ArrayBuffer 们以合适的方式编码成字符串，我们就可以把 PublicKeyCredential 发送给依赖方以供验证与注册了。别忘了 catch() 注册过程中抛出的任何错误。
注意：
并不是在所有情况下，注册时认证器都会对挑战进行签名。实际上在大部分情况下（同时也是默认情况），注册时认证器并不会对挑战进行签名，attestationObject 并不会包含签名后的挑战。只有依赖方明确要求证明且用户同意（部分浏览器要求）后认证器才会对挑战进行签名（具体实现据情况会有所不同）。对此，MDN 解释道“大部分情况下，用户注册公钥时我们会使用「初次使用时信任模型」(TOFU) ，此时验证公钥是没有必要的。”
验证
使用navigator.credentials.get()获取认证器信息进行验证；
navigator.credentials.get({
publicKey: {
challenge,//转换为Uint8Array的挑战，长度至少为 16，建议为 32
rpId,//（可选）依赖方id，要和注册认证器时的一致，不指定默认使用当前域名
userVerification,//指定认证器是否需要验证 和注册是一样
allowCredentials: [
{
id,//允许的凭证 ID
transports: [],//与create一样
type: "public-key"
}
],//（可选）用于标识允许的凭证 ID，使用户代理找到正确的认证器。只有符合这个列表中凭证 ID 的凭证才能被成功返回。
timeout//（可选）方法超时时间的毫秒数
}
})
和注册一样，对于get()我们需要传入一个对象，其中只有一对名为 publicKey 的键值，指明我们需要获取的是公钥凭证而非普通的密码凭证。
get结果返回
调用 get() 之后，我们就可以拿到一个 Promise 并在 then 中获得认证器返回的 PublicKeyCredential 对象。
以下是一个 get() 返回的 PublicKeyCredential 对象的例子：
PublicKeyCredential {
rawId: ArrayBuffer(32) {},//ArrayBuffer 的原始凭证 ID
response: AuthenticatorAssertionResponse {
authenticatorData: ArrayBuffer(37) {},
signature: ArrayBuffer(256) {},
userHandle: ArrayBuffer(64) {},
clientDataJSON: ArrayBuffer(118) {}
}
id: "VByF2w2hDXkVsevQFZdbOJdyCTGOrI1-sVEzOzsNnY0"//Base64URL 编码的凭证ID
type: "public-key"
}//与create的返回结构基本一致，只是response里面变成了AuthenticatorAssertionResponse断言对象
其他返回值都和create一样，在此我们只看AuthenticatorAssertionResponse对象
response: Object：对于验证流程，认证会返回 AuthenticatorAssertionResponse
而不是 AuthenticatorAttestationResponse 对象，这个对象包含以下 4 个属性：
response.authenticatorData: ArrayBuffer：认证器信息，包含认证状态、签名计数等response.clientDataJSON: ArrayBuffer：客户端数据，包含 origin（即凭证请求来源）、挑战等信息response.signature: ArrayBuffer：被认证器签名的authenticatorData+clientDataHash（clientDataJSON的 SHA-256 hash）response.userHandle: ArrayBuffer：create()创建凭证时的用户 IDuser.id。许多 U2F 设备不支持这一特性，这一项将会是null
同样地，我们将 ArrayBuffer 们以合适的方式编码成字符串后就可以把 PublicKeyCredential 发送给依赖方以供验证了;
实现的详细步骤
在实际操作中 WebAuthn 相关的数据解码和密码计算比较复杂，在服务器端可以使用已有的第三方库来帮我们做这些。但有些语言的可能没有；后面在讲后端的解码细节，这里主要关系前端逻辑；
现在，用户点击了注册认证器的按钮，一个请求被发送给服务器（也就是依赖方）。在最简单的情况中，依赖方需要将三个内容发送给浏览器：挑战、用户信息、依赖方信息和用户已注册的凭证 ID 列表（即 excludeCredentials）。当然依赖方也可以自由选择发送更多信息，只要最终前端能构建合法的参数即可。
挑战需要在前端转换为 Uint8Array；
对于用户信息，我们需要登录名、显示名称和 ID 三项内容。我们可以从数据库中取出用户信息，也可以新建一份。需要注意的是，出于安全和隐私的考量，ID 不应该包含用户的任何信息，比如用户邮箱等。推荐的做法是和挑战一样，生成一个随机字符串/一组随机数，并将其于用户关联起来以供之后使用。
发送已注册的凭证 ID 列表是为了防止用户重复注册同一个认证器。正确设置该列表后，如果用户试图注册同一个认证器，浏览器会中止流程并抛出 InvalidStateError。
别忘了依赖方信息，这个自己选择，一致就好；
将所有信息发送到浏览器之后，我们应该可以构建出新建凭证所需的参数了。由于有多个参数需要以 Uint8Array 的形式传入，我们可以准备一个简单的工具函数帮我们将 Base64 的字符串转为 Uint8Array。
function str2ab(str){
return Uint8Array.from(window.atob(str), c=>c.charCodeAt(0));
}
一个create()请求参数例子：
publicKey: {
challenge, // 自行设置
rp, // 自行设置
user, // 自行设置
pubKeyCredParams: [
{
type: "public-key",
alg: -7 // ES256
},
{
type: "public-key",
alg: -257 // RS256
}
],
authenticatorSelection: {
userVerification: "discouraged",
authenticatorAttachment: null // 除非用户指定，大部分情况下无需指定
},
excludeCredentials, // 自行设置
timeout: 60000
}
然后就是create返回了，拿到 PublicKeyCredential。如果一切顺利，接下来就需要考虑如何将返回的内容传回依赖方了。由于我们拿到的很多都是 ArrayBuffer，需要将其进行编码。再准备一个工具函数：
function array2b64String(a) {
return window.btoa(String.fromCharCode(...a));
}
然后适当处理，我们就可以得到一个方便传输的 JSON 字符串了：
navigator.credentials.create({publicKey}).then((credentialInfo) => ({
id: credentialInfo.id,
type: credentialInfo.type,
rawId: array2b64String(new Uint8Array(credentialInfo.rawId)),
response: {
clientDataJSON: array2b64String(new Uint8Array(credentialInfo.response.clientDataJSON)),
attestationObject: array2b64String(new Uint8Array(credentialInfo.response.attestationObject))
},
})).then(JSON.stringify).then((authenticatorResponseJSON) => {
// 可以发送了
}).catch((error) => {
console.warn(error); // 捕获错误
})
只是个例子不要太在意，例子不是很好，流程清楚就行；
依赖方收到数据以后，还需要做三件事：验证挑战、存储凭证 ID 和存储公钥。如果数据解码顺利，且收到的挑战和之前发送的一致，就可以认为注册成功，将凭证 ID 及公钥与用户关联起来。（这里后端的具体逻辑之后再细讲）
接下来就可以进行验证了。用户点击了验证按钮准备登录，于是浏览器发送了验证请求到依赖方，同时附上要登录的用户名。接下来依赖方至少需要发送两项内容给浏览器：挑战和用户已绑定的凭证 ID 列表（即 allowCredentials）。
之后前端的处理流程就和注册时基本一致了。只是需要注意验证流程中获取到的 PublicKeyCredential 的结构和注册时的稍有不同。
当浏览器将数据传回后，依赖方需要做的事情就比之前要麻烦一些了。依赖方需要验证挑战，并用之前存储的公钥验证签名和签名计数。（后端的具体逻辑之后再细讲）
create返回值处理
可以去搜现成的第三方后端API解决解码问题，也可以自己了解步骤实现解码；
认证器返回的数据，以create返回的数据为例：
{
id: "ZRBkDBCEtq...9XY8atOcbg",//Base64URL编码
type: "public-key",
rawId: "ZRBkDBCEtq...9XY8atOcbg==",//ArrayBuffer
response: {
clientDataJSON: "eyJjaGFsbGVuZ2U...i5jcmVhdGUifQ==",//ArrayBuffer
attestationObject: "o2NmbXRkbm9uZWd...xNHuAMzz2LxZA=="//ArrayBuffer
}
}
可以看到 Base64 编码后的 rawId 其实和 id 是一致的（不过 id 是 Base64URL 编码的）。而 type 则一定是 “public-key”。
主要关心的还是 respose 中的两项内容。
将clientDataJSON Base64 解码再 JSON 解码之后我们就能得到一个字典：
clientDataJSON
{
challenge: "NI4i1vsNmP2KHcmyFnBCKRVQPfHgg34SsYZUOPZY2lM",
extra_keys_may_be_added_here: "do not compare clientDataJSON against a template. See https://goo.gl/yabPex",
origin: "https://dev.axton.cc",
type: "webauthn.create"
}
结构一目了然。在这里，我们需要验证三项内容：
- challenge 和之前发送的一致
- origin 为创建凭证的页面的源（协议+主机名+端口号，并非 URL）
- type 为 “webauthn.create”
同时可以注意到有一个奇怪的 extra_keys_may_be_added_here。这其实是 Google 在 Chrome 中搞的一点小把戏，有一定概率会出现，提醒我们需要将 JSON 解析后再验证键值以防额外插入的键值影响验证。具体信息你可以访问那个 URL 看一看。
对于 Firefox，我们会多得到两项 clientExtensions 和 hashAlgorithm ，分别指明了客户端扩展数据和签名算法。
{
challenge: "dg6ost6ujhAA0g6WqLe-SOOH-tbhvjW9Sp90aPKlLJI",
clientExtensions: {},
hashAlgorithm: "SHA-256",
origin: "https://dev.axton.cc",
type: "webauthn.create"
}
由于不考虑扩展数据，因此我们可以不考虑 clientExtensions。同时由于目前规范中指定的签名算法只有 SHA-256 一种，因此现阶段我们也可以简单地忽略 hashAlgorithm。
attestationObject
attestationObject 的结构图示：
attestationObject 是 CBOR 编码后再被 Base64 编码的，因此我们需要先Base64解码再CBOR解码
CBOR (Concise Binary Object Representation, 简明二进制对象表示) 是一种多应用于物联网领域的编码方式，你可以将它看作体积更小、更方便物联网传输的二进制 JSON。大部分语言都可以找到对应的 CBOR 解码库。
解码之后：
{
fmt: "none",
attStmt: {},
authData: [211, 217, 43, 24, 199, ..., 97, 238, 166, 67, 107]
}
键值的含义如下：
fmt：标明证明的格式。WebAuthn 预定义了几种格式，分别为：none：没有证明packed：为 WebAuthn 优化的证明格式android-safetynet：Android 使用的格式android-key：又是 Android 使用的格式fido-u2f：FIDO U2F 认证器使用的格式tpm：TPM 可信平台模块使用的格式
attStmt：证明对象，具体格式根据fmt的不同会有所不同authData：包含公钥、签名计数等来自认证器的数据
例子里的 attStmt 是空的，还记得之前说的吗？大部分情况下，如果依赖方不要求证明（也就是这个参数authenticatorSelection.userVerification），那么认证器不会签名挑战，于是 fmt 会变为 “none”，attstmt 会为空。如果不是高安全要求，我们可以只对这一种情况做支持。
注意，部分情况下 Firefox 会在不要求证明（即 attestation 为 “none”）时会返回 fmt 为 “packed” 的证明。这是符合规范的。此时认证器会进行自证明，你可以视情况进行处理。具体可以阅读 验证认证器 一节。
response.attestationObject.authData
它的解码比较简单，要做的就是根据图示将它切开，然后适当地转换类型。其中各部分的含义如下：
rpIdHash：如其名，SHA-256 的rpId，长度 32 字节flags：标识认证状态，长度 1 字节。其中 8 位分别为：ED：是否有扩展数据AT：是否包含attestedCredentialData。通常注册认证器时会包含attestedCredentialData，而验证时不包含- 保留位
- 保留位
- 保留位
UV：用户是否已验证- 保留位
UP：用户是否在场
signCount：签名计数，长度 4 字节，签名计数不一定从 0 开始。attestedCredentialData：包含公钥等凭据数据，变长。其结构如下：aaguid：认证器的 AAGUID (Authenticator Attestation GUID)，对于同一型号的认证器，它们的 AAGUID 是相同的，出于隐私考虑，如果不要求证明，认证器会以 0 填充 AAGUID。credentialIdLength：标识credentialId的长度，长度 2 字节credentialId：凭证 ID，和rawId一致，长度由credentialIdLength定义credentialPublicKey：CBOR 编码的 COSE 格式的凭证公钥，变长
extensions：扩展数据，变长，本文不讨论
对于公钥，也就是 credentialPublicKey，我们需要多一次 CBOR 解码，然后就可以得到类似这样的公钥：
{
kty: "EC",
alg: "ECDSA_w_SHA256",
crv: "P-256",
x: "ZGQALNfqo0L7HFYQHFHCS/X5db49z0ePnuQEs3w3X8w=",
y: "6qYxhnjYuez/Q8N6vX7nIIGfxFWdZ25NzQfZYuYOalA="
}
解开后，依赖方至少需要做四件事情：
- 验证
rpIdHash和预期的一致 - 按预期检查用户在场和用户验证状态
- 存储签名计数
- 存储公钥
get返回值处理
{
id: "hmqdxPLit9...BWeVxZqdvU",
type: "public-key",
rawId: "hmqdxPLit9V...BWeVxZqdvU=",
response: {
authenticatorData: "09krGMcWTf...UFAAAABA==",
clientDataJSON: "eyJjaGFsbGVuZ2U...XRobi5nZXQifQ==",
signature: "UsXZV3pvT3np8btj6V0g...WBkaqyt88DrD40qh+A==",
userHandle: "MmYxNWYzZjQyZjM...Tg2ZDY4NzhlNw=="
}
}
id, rawId 和 type 和之前一样，就不再赘述了。让我们来看看 response。
response. clientDataJSON
首先是 clientDataJSON，和之前的解法一样，要验证的内容也一样，只是 type 从 “webauthn.create” 变成了 “webauthn.get”。
{
challenge: "bnkd2CmrEuvKnAFXs2QlC3SKlg4XFvGtP4HJL1yEWyU",
origin: "https://dev.axton.cc",
type: "webauthn.get"
}
然后是 userHandle。前面讲过，这是认证器在创建凭证时的用户 ID。如果用户在使用 U2F 认证器，很可能这一项为空，所以大部分情况下我们不关心这一项。
接着来看 authenticatorData。这其实就是之前的 attestedCredentialData，只是这次不包含公钥。以相同的方式切开数据，我们应该可以得到 rpIdHash, flags和 signCount 三项。此时，依赖方至少需要做这三样事情：
- 验证 rpIdHash 和预期的一致
- 按预期检查用户在场和用户验证状态
- 验证签名计数大于之前存储的计数，并更新存储的计数
如果签名计数比之前的小，那么这个认证器很可能是伪造的，应该中止验证并返回验证失败。同时，签名计数不一定每次按 1 递增，通常只要计数比此前的大就认为计数检查通过。
我们来看 signature，也就是签名。不过这个签名不是简单的对挑战的签名，具体算法如图所示：
计算签名时，认证器会将 authenticatorData 与 clientDataHash（也就是 clientDataJSON 的 SHA-256 Hash）拼接起来，并使用对应的私钥签名。依赖方应该使用对应的公钥将其解密，并验证内容是否是 authenticatorData 与 clientDataHash 的拼接。
验证认证器
验证认证器是非必要的；
WebAuthn 已经很安全了，但有的时候我们还要让它更安全一点。比如，如果用户在使用伪造的或是自制的认证器，认证器的安全性就得不到保证。此时，依赖方就需要验证认证器是否是可信的认证器。
这一过程仅发生在注册认证器时。此时，如果认证器验证通过，就可以存储公钥，后续步骤和之前描述的一致。
再次说明，如果不是对安全性有极高的要求，向认证器索取证明以验证认证器是否可信是没有必要的。此外，验证认证器需要依赖方自行维护可信认证器列表，大大增加了维护的复杂性。且FIDO客户端会有提示，有可能会打扰到用户。
在调用 navigator.credentials.create() 时，我们可以将 attestation 设置为非 “none” 来向认证器索取证明。除无证明外，WebAuthn 定义了四种证明方式：
- Basic Attestation (Basic) ：基础的证明方式，认证器会使用认证器私钥签名
- Self Attestation (Self) ：自证明，认证器会使用凭证私钥签名
- Attestation CA (AttCA) ：认证器会使用多个证明私钥之一签名
- Elliptic Curve based Direct Anonymous Attestation (ECDAA) ：通过 DAA 实现的匿名证明
和验证过程一样，这里签名的目标是
authenticatorData和clientDataHash的连接。
还记得 create() 时 attestation 可选的三个值吗？这个值会决定认证器最终使用哪种方式进行证明。复习一下：
- none：大部分情况下认证器会选择不进行证明，部分认证器会进行自证明。此时 AAGUID 会被 0 填充
- indirect：认证器会试图通过替换 AAGUID 和选择合适的证明方式来进行匿名证明，具体方式由认证器选择
- direct：认证器会提供最直接的证明信息
注意，大部分情况下，当认证器需要向依赖方证明自己可信时需要提供认证器公钥，这会触发浏览器提示，只有用户同意后认证器才会进行证明，否则认证器将不提供证明。
为什么浏览器会说“安全密钥的品牌和型号”？事实上，为了避免用户通过认证器证书被跨依赖方追踪，FIDO 要求使用相同认证器证书的认证器的数量不能少于 100,000。于是大部分认证器厂商会选择让同一型号的认证器共用同一份证书。因此，浏览器的会询问用户是否同意“查看安全密钥的品牌和型号”。
当证明不为空时，依赖方收到数据后根据 attestationObject.fmt 的不同，需要选择不同的验证方式来验证认证器的可信情况。
这里介绍一下fmt 为 packed 时的情况
此时attestationObject.attStmt 可能会有三种格式：
// 自证明
{
alg, // 算法
sig // 签名
}
// 基础或证明 CA 证明
{
alg,
sig,
x5c // X.509 证书链
}
// 椭圆曲线证明
{
alg,
sig,
ecdaaKeyId // ECDAA-Issuer 公钥标识符
}
此时，依赖方需要检查证书符合预期格式并检查证书是否在可信链上。首先，如果证明中既没有 ecdaaKeyId 也没有 x5c，就说明这个证明使用的是自证明，只需使用认证器提供的公钥验证即可；如果有 x5c，那么就需要验证 x5c 中的证书是否在可信链上。将 x5c 中的每个证书以 Base64 编码，按 64 个字符切开，并在头尾加上 -----BEGIN CERTIFICATE----- 和 -----END CERTIFICATE-----就能得到一个证书字符串了。之后，依赖方需要验证证书是否可信。
这里详细的情况和校验还需要看W3C文档；
当在 Android 上调起 WebAuthn 时，大部分情况下 fmt 将会为 safety-net。此时 attestationObject.attStmt 的结构会是：
{
ver: "200616037",
response: {
type: "Buffer",
data: [101, 121, 74, 104, 98, ..., 115, 104, 104, 82, 65]
}
}
此时，clientDataJSON 中还会出现 androidPackageName 键，值是调起 WebAuthn 验证的应用的包名，如 Chrome 就是 “com.android.chrome”。
在这个证明中，data 其实是一个 JWT 字符串，我们可以将它编码为字符串并将其按照 JWT 进行解码（别忘了验证 JWT 签名）。最终我们会得到一个类似这样的 Payload：
{
nonce: "0QAurN4F9wik6GEkblDJhGuf4kuaqZn5zaaxlvD1hlA=",
timestampMs: 1584950686460,
apkPackageName: "com.google.android.gms",
apkDigestSha256: "2BQHno+bmWWwdLUYylS8HLt5ESJzci3nt2uui71ojyE=",
ctsProfileMatch: true,
apkCertificateDigestSha256: [
"8P1sW0EPicslw7UzRsiXL64w+O50Ed+RBICtay2g24M="
],
basicIntegrity: true,
evaluationType: "BASIC"
}
其中包含了有关设备状态的一些信息。比如说，如果 ctsProfileMatch 为 false，那么该设备很有可能被 root 了。对于高安全要求的场景，我们可以视情况进行验证。
同时我们可以在 JWT Header 中验证证明的有效性。我们应该能取得这样的 Header：
{
alg: "RS256",
x5c: [
"MIIFkzCCBHugAwIBAgIR...uvlyjOwAzXuMu7M+PWRc",
"MIIESjCCAzKgAwIBAgIN...UK4v4ZUN80atnZz1yg=="
]
}
无用户名登录
认证器已经代替了密码，可是这还不够！在进行第一因素认证（即使用 WebAuthn 登录）时，我们还是需要输入用户名，然后才能进行身份认证。（在上面的步骤中，我们需要用户输入自己的用户名，以明确用户是要登录哪一个用户）
而实际上是可以做到不需要用户输入用户名，也就是绑定用户的认证器即可，用户的认证器代替了用户名；想的很美好，但是事实上：
大部分认证器为了实现无限对公私钥，会将私钥通过 Key Warp 等技术加密后包含在凭证 ID 中发送给依赖方，这样认证器本身就不用存储任何信息。不过，这就导致需要身份认证时，依赖方必须通过用户名找到对应的凭证 ID，将其发送给认证器以供其算出私钥。（因为认证器无法提供自己的公钥，要找到公钥需要依赖方传入凭证ID,而依赖方找到凭证ID就需要用户输入用户名）
Yubikey 实现了一个基于 HMAC 的算法，认证器可以在私钥不离开认证器的前提下（常规的 Key Warp 算法中实际上私钥离开了认证器）通过一些输入和凭证 ID 重新计算私钥。
客户端通过凭证 ID 查找对应认证器的算法根据系统的不同是不同的。通常凭证 ID 中会包含认证器信息，因此系统可以通过凭证 ID 找到对应的认证器。
要避免输入用户名，我们可以要求认证器将私钥在自己的内存中也存储一份。这样，依赖方无需提供凭证 ID，认证器就可以通过依赖方 ID 找到所需的私钥并签名公钥。以下是具体流程：
注册时：
- 依赖方请求新建凭证，同时要求启用客户端密钥
- 认证器生成一对公私钥，并将私钥存储在永久内存中且与依赖方 ID 及用户 ID 绑定，随后将公钥发送给依赖方以供存储
- 依赖方将用户 ID 即公钥与用户绑定
验证时：
- 依赖方请求验证，但不必提供除依赖方 ID 以外的更多信息
- 用户选择认证器
- 认证器根据依赖方 ID 找到对应私钥
- 如果有多个对应私钥，认证器会询问用户应该使用哪个身份信息登录
- 确定私钥后，认证器签名挑战并将其返回，同时返回用户 ID
- 依赖方通过用户 ID 找到对应用户并用对应公钥检查签名，正确则允许对应用户登录
可以看到，这个特性同时要求认证器存储用户 ID，即上面提到过的
userHandle。依赖方需要根据此信息找到对应用户，因此不支持userHandle的 U2F 认证器无法进行无用户名登录。
认证器能永久存储的私钥数量是有限的，因此只应在真正需要无用户名登录的时候启用此特性。
目前暂时没有办法检测认证器是否支持客户端密钥驻留，因此在无用户名验证失败时应 fallback 至常规的 WebAuthn 验证，即向用户询问用户名。
实际操作：
调用 navigator.credentials.create() 时我们需要注意两个参数：
requireResidentKey 必须为 true，userVerification 必须为 “required”。
Windows Hello 似乎会存储所有已注册的凭据，因此无论是否指定
requireResidentKey，你都可以通过 Windows Hello 进行无用户名登录。
随后，浏览器会询问用户是否允许认证器存储私钥。
如果用户同意，认证器会存储私钥，并和普通的 WebAuthn 一样返回信息。不过，依赖方收到数据之后，只需将公钥、用户 ID 与用户关联起来，而不必再将凭证 ID 与用户关联起来。至此注册完成。
之后，在用户请求登录时，无需再向依赖方提供用户名。同时在传入 navigator.credentials.get() 的参数中也有两个需要注意：userVerification 必须为 “required”，同时 allowCredentials 必须为空。
navigator.credentials.get({
publicKey: {
...
userVerification: "required",
allowCredentials: [],
...
}
})
Android 暂不支持无用户名验证，空的
allowCredentials会导致浏览器返回NotSupportedError错误。
此时，认证器会根据依赖方 ID 找到对应的私钥。如果有多个对应私钥，认证器会询问用户应该使用哪个身份信息登录。用户选择后，认证器就会使用对应的私钥签名挑战并将其返回。此时，userHandle 一定不为空。
依赖方收到数据后，需要将 userHandle 作为用户 ID 找到对应的用户，并使用对应的公钥验证签名。如果验证成功，则认为对应的用户身份认证成功，依赖方可以允许其登录。至此验证结束。
了解更多还需要直接去阅读W3C 规范。