Google Authenticator(谷歌身份驗證器)C#版

Google Authenticator(谷歌身份驗證器)在C#中的封裝使用 ...

摘要：Google Authenticator(谷歌身份驗證器)，是谷歌公司推出的一款動態令牌工具，解決賬戶使用時遭到的一些不安全的操作進行的“二次驗證”，認證器基於RFC文檔中的HOTP/TOTP演算法實現，是一種從共用秘鑰和時間或次數一次性令牌的演算法。在工作中可以通過認證器方式對賬戶有更好的保護，但是在查閱一些資料發現適合我這樣的小白文章真的很少，針對於C#的文章就更加少了，本文主要是對C#如何使用Google Authenticator(谷歌身份驗證器)進行探討，有不足之處還請見諒。

Google Authenticator(谷歌身份驗證器)

什麼是認證器？怎麼對接？

Google Authenticator(谷歌身份驗證器)是微軟推出的一個動態密令工具，它有兩種密令模式。分別是“TOTP 基於時間”、“HOTP 基於計數器”，通過手機上簡單的設置就可以設定自己獨一的動態密令，那麼我們怎麼將我們的程式和認證器進行對接呢？其實谷歌認證器並不是需要我們對接這個工具的API而是通過演算法來決定，谷歌使用使用HMAC演算法生成密令，通過基於次數或者基於時間兩個模板進行計算，因此在程式中只需要使用相同的演算法即可與之匹配。

TOTP 基於時間

HMAC演算法使用固定為HmacSHA1
更新時長固定為30秒
APP端輸入數據維度只有兩個：賬戶名稱（自己隨意填寫方便自己查看）和base32格式的key

HOTP 基於計數器

基於計數器模式是根據一個共用秘鑰K和一個C計數器進行演算法計算

認證器安裝

手機需要安裝認證器：

Android版：安卓版下載
IOS版：蘋果版下載

效果圖

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("手機端秘鑰為：" + mobileKey);
21 
22                 var code = authenticator.GenerateCode();
23                 Console.WriteLine("動態驗證碼為：" + code);
24 
25                 Console.WriteLine("刷新倒計時：" + authenticator.EXPIRE_SECONDS);
26 
27                 System.Threading.Thread.Sleep(1000);
28                 Console.Clear();
29             }
30         }
31     }
32 }

View Code

認證器類

  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         /// <summary>
 10         /// 初始化驗證碼生成規則
 11         /// </summary>
 12         /// <param name="key">秘鑰(手機使用Base32碼)</param>
 13         /// <param name="duration">驗證碼間隔多久刷新一次（預設30秒和google同步）</param>
 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         /// <summary>
 22         /// 間隔時間
 23         /// </summary>
 24         private long DURATION_TIME { get; set; }
 25 
 26         /// <summary>
 27         /// 迭代次數
 28         /// </summary>
 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         /// <summary>
 38         /// 秘鑰
 39         /// </summary>
 40         private string SERECT_KEY { get; set; }
 41 
 42         /// <summary>
 43         /// 手機端輸入的秘鑰
 44         /// </summary>
 45         private string SERECT_KEY_MOBILE { get; set; }
 46 
 47         /// <summary>
 48         /// 到期秒數
 49         /// </summary>
 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         /// <summary>
 59         /// 獲取手機端秘鑰
 60         /// </summary>
 61         /// <returns></returns>
 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         /// <summary>
 70         /// 生成認證碼
 71         /// </summary>
 72         /// <returns>返回驗證碼</returns>
 73         public string GenerateCode()
 74         {
 75             return GenerateHashedCode(SERECT_KEY, COUNTER);
 76         }
 77 
 78         /// <summary>
 79         /// 按照次數生成哈希編碼
 80         /// </summary>
 81         /// <param name="secret">秘鑰</param>
 82         /// <param name="iterationNumber">迭代次數</param>
 83         /// <param name="digits">生成位數</param>
 84         /// <returns>返回驗證碼</returns>
 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轉碼類

  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 }