基于时间的一次性密码 TOTP 详解

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什么是基于时间的一次性密码 TOTP ?

基于时间的一次性密码 TOTP（Time-Based One-Time Password），也被称为时间同步动态密码，是一种基于时间的一次性密码算法，通常用于两步验证和多因素身份验证，用于增强静态口令认证的安全性。

TOTP 算法由互联网工程任务组 (IETF) 在 RFC 6238 中定义，是基于 HMAC (基于哈希的消息认证码) 的一次性密码算法 (HOTP) 的扩展，添加了一个时间因素。

TOTP的工作原理是将时间作为密码生成的关键因素，使用 HMAC-SHA-1 算法，将当前时间作为输入，并使用一个共享密钥（K）和一个时间参数（T）作为参数进行计算。其中，共享密钥是事先在客户端和服务器之间协商好的。

TOTP 密码生成过程

1. 初始化：用户在服务提供商（如 Google、Facebook 等）注册账户时，服务提供商（服务器）会为用户生成一个密钥（Secret Key）并保存在数据中。然后把这个密钥会以某种方式（通常是二维码）分享给用户，用户将其添加到（通过扫码）自己的身份验证器应用（如 Google Authenticator、Microsoft Authenticator）中。
2. 生成 TOTP：身份验证器应用会按照固定的时间间隔（常见的是 30 秒）使用 HMAC-SHA1 算法，使用当前的时间戳和在初始化步骤中获取的密钥，生成一个新的一次性密码，这个密码通常是一个 6 位数字（但也可能更长或更短）。
3. 验证 TOTP：当用户尝试登录或执行需要验证的操作时，会被要求提供当前的一次性密码。用户从自己的身份验证器应用中获取这个密码，并输入到服务提供商的网站或应用中。服务提供商会使用同样的算法和密钥，以及当前的时间戳，生成一个一次性密码，并将其与用户提供的密码进行比较。如果两个密码匹配，那么用户的身份就被认为已经验证。

小结

TOTP 的优点在于利用了时间作为动态因素，使得密码具有一次性的特点，可以防止重放攻击。即使攻击者能够截获一个一次性密码，也无法再次使用它，因为密码在短时间后就会过期。此外，由于密码是基于时间和密钥生成的，因此攻击者无法预测未来的密码，除非能够获取到密钥。

TOTP 除了以上的优点，也是有一定局限性的。TOTP 算法对于时间的同步要求较高，需要客户端和服务器之间的时间保持精确同步。