使用 Go 语言实现 TOTP 验证器算法｜青训营笔记TOTP 算法 TOTP（Time-based One-Tim

TOTP 算法

TOTP（Time-based One-Time Password）算法是一种基于时间的一次性密码算法，常用于增强身份验证的安全性。TOTP算法基于HMAC（Hash-based Message Authentication Code）算法和动态口令技术，每隔一段时间生成一个基于时间戳的动态口令，用于身份验证。

TOTP算法的优点包括：

安全性较高：TOTP算法采用了HMAC算法进行哈希处理，保证了口令的安全性，同时动态口令在短时间内失效，有效避免了口令被盗用的风险。
方便性：TOTP算法不需要联网，用户只需在本地设备上安装一个TOTP算法的应用程序，即可生成动态口令，无需携带物理令牌或接收短信等方式。
易于集成：TOTP算法是一种开放的标准算法，广泛应用于多种身份验证场景中，例如Google Authenticator和微信两步验证等应用。

TOTP算法的缺点包括：

设备安全性问题：如果用户的本地设备被攻击或者病毒感染，动态口令可能会被窃取，从而导致身份验证的不安全性。
时间同步问题：TOTP算法的安全性依赖于用户设备的时间同步，如果用户设备的时间不准确，会导致生成的动态口令不正确，从而无法通过身份验证。
用户体验问题：由于TOTP算法每隔一段时间就会生成一个新的动态口令，用户需要不断地输入口令，可能会影响用户的使用体验。

算法流程

现有实现了 TOTP 的软件中的算法本质上就是 HMAC-SHA-1 算法，也就是带有盐值的 SHA-1

以 secret 密钥为盐值取当前时间的摘要，即 HMAC-SHA-1(K,C)

K 为密钥，C 为当前 UNIX 时间 / 30，之所以除以 30 就是为了取整获得一个 30 内相同的值

这样就得到了一个原始的哈希值，当然得到这个哈希值还不行，因为哈希值是 20 字节长的，对于 30 秒的验证码来说太长了，所以 HEX = HMAC-SHA-1(K,C) 等下还要用
取 HEX 的第 20 字节，也就是 **HEX[19] 的低四位（后四位）**作为偏移量 OFFSET
在 HEX 中，从偏移量 OFFSET 开始取四个字节作为验证码中间值 WIP
将 WIP mod 10^6 得到 6 位数字，不够 6 位高位补 0 即验证码

Go 语言实现

以 secret 密钥为盐值取当前时间的摘要

currentTime := time.Now().Unix()
currentTimeSlice := make([]byte, 8)
binary.BigEndian.PutUint64(currentTimeSlice,    uint64(currentTime/timeStep))
hash := hmac.New(sha1.New, secret)
hash.Write(currentTimeSlice)
hmacHash := hash.Sum(nil)

取 HEX 的第 20 字节，也就是 HEX[19] 的低四位（后四位）作为偏移量 OFFSET

offset := hmacHash[len(hmacHash)-1] & 0xf
 	binaryCode := ((int32(hmacHash[offset]) & 0x7f) << 24) |
        ((int32(hmacHash[offset+1] & 0xff)) << 16) |
		((int32(hmacHash[offset+2] & 0xff)) << 8) |
		(int32(hmacHash[offset+3]) & 0xff)

在 HEX 中，从偏移量 OFFSET 开始取四个字节作为验证码中间值 WIP totp := int(binaryCode % int32(powerOf10(digits)))

将 WIP mod 10^6 得到 6 位数字，不够 6 位高位补 0 即验证码

先写一个处理 mod 的函数

func powerOf10(n int) int {
	result := 1
	for i := 0; i < n; i++ {
		result *= 10
	}
	return result
}

然后调用并返回结果

return fmt.Sprintf(fmt.Sprintf("%%0%dd", digits), totp)

在 main 函数中调用

totp := generateTOTP([]byte("ABCDEFG"), int64(30), 6)

完整代码

package main

import (
	"crypto/hmac"
	"crypto/sha1"
	"encoding/binary"
	"fmt"
	"time"
)

func main() {
	// 生成密钥
	totp := generateTOTP([]byte("ABCDEFG"), int64(30), 6)

	fmt.Println(totp)
}

// 生成TOTP值的函数
func generateTOTP(secret []byte, timeStep int64, digits int) string {
	// 步骤1：以 secret 密钥为盐值取当前时间的摘要
	currentTime := time.Now().Unix()
	currentTimeSlice := make([]byte, 8)
	binary.BigEndian.PutUint64(currentTimeSlice, uint64(currentTime/timeStep))
	hash := hmac.New(sha1.New, secret)
	hash.Write(currentTimeSlice)
	hmacHash := hash.Sum(nil)

	// 步骤2：取 HEX 的第 20 字节，也就是 HEX[19] 的低四位（后四位）作为偏移量 OFFSET
	offset := hmacHash[len(hmacHash)-1] & 0xf
	binaryCode := ((int32(hmacHash[offset]) & 0x7f) << 24) |
		((int32(hmacHash[offset+1] & 0xff)) << 16) |
		((int32(hmacHash[offset+2] & 0xff)) << 8) |
		(int32(hmacHash[offset+3]) & 0xff)

	// 步骤3：在 HEX 中，从偏移量 OFFSET 开始取四个字节作为验证码中间值 WIP
	totp := int(binaryCode % int32(powerOf10(digits)))
	// 步骤4：将 WIP mod 10^6 得到 6 位数字，不够 6 位高位补 0 即验证码
	return fmt.Sprintf(fmt.Sprintf("%%0%dd", digits), totp)
}

func powerOf10(n int) int {
	result := 1
	for i := 0; i < n; i++ {
		result *= 10
	}
	return result
}

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