Google Authenticator(谷歌身份验证器)C#版

摘要：google authenticator(谷歌身份验证器)，是谷歌公司推出的一款动态令牌工具，解决账户使用时遭到的一些不安全的操作进行的“二次验证”，认证器基于rfc文档中的hotp/totp算法实现，是一种从共享秘钥和时间或次数一次性令牌的算法。在工作中可以通过认证器方式对账户有更好的保护，但是在查阅一些资料发现适合我这样的小白文章真的很少，针对于c#的文章就更加少了，本文主要是对c#如何使用google authenticator(谷歌身份验证器)进行探讨，有不足之处还请见谅。

google authenticator(谷歌身份验证器)

什么是认证器？怎么对接？

google authenticator(谷歌身份验证器)是微软推出的一个动态密令工具，它有两种密令模式。分别是“totp 基于时间”、“hotp 基于计数器”，通过手机上简单的设置就可以设定自己独一的动态密令，那么我们怎么将我们的程序和认证器进行对接呢？其实谷歌认证器并不是需要我们对接这个工具的api而是通过算法来决定，谷歌使用使用hmac算法生成密令，通过基于次数或者基于时间两个模板进行计算，因此在程序中只需要使用相同的算法即可与之匹配。

totp 基于时间

hmac算法使用固定为hmacsha1
更新时长固定为30秒
app端输入数据维度只有两个：账户名称（自己随意填写方便自己查看）和base32格式的key

hotp 基于计数器

基于计数器模式是根据一个共享秘钥k和一个c计数器进行算法计算

认证器安装

手机需要安装认证器：

android版：
ios版：

效果图

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 = "xeon997@foxmail.com";
14             googleauthenticator authenticator = new googleauthenticator(duration, key);
15             var mobilekey = authenticator.getmobilephonekey();
16 
17             while (true)
18             {
19 
20                 console.writeline("手机端秘钥为：" + mobilekey);
21 
22                 var code = authenticator.generatecode();
23                 console.writeline("动态验证码为：" + code);
24 
25                 console.writeline("刷新倒计时：" + authenticator.expire_seconds);
26 
27                 system.threading.thread.sleep(1000);
28                 console.clear();
29             }
30         }
31     }
32 }

认证器类

  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         /// 初始化验证码生成规则
 11         /// </summary>
 12         /// <param name="key">秘钥(手机使用base32码)</param>
 13         /// <param name="duration">验证码间隔多久刷新一次（默认30秒和google同步）</param>
 14         public googleauthenticator(long duration = 30, string key = "xeon997@foxmail.com")
 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         /// 间隔时间
 23         /// </summary>
 24         private long duration_time { get; set; }
 25 
 26         /// <summary>
 27         /// 迭代次数
 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         /// 秘钥
 39         /// </summary>
 40         private string serect_key { get; set; }
 41 
 42         /// <summary>
 43         /// 手机端输入的秘钥
 44         /// </summary>
 45         private string serect_key_mobile { get; set; }
 46 
 47         /// <summary>
 48         /// 到期秒数
 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         /// 获取手机端秘钥
 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         /// 生成认证码
 71         /// </summary>
 72         /// <returns>返回验证码</returns>
 73         public string generatecode()
 74         {
 75             return generatehashedcode(serect_key, counter);
 76         }
 77 
 78         /// <summary>
 79         /// 按照次数生成哈希编码
 80         /// </summary>
 81         /// <param name="secret">秘钥</param>
 82         /// <param name="iterationnumber">迭代次数</param>
 83         /// <param name="digits">生成位数</param>
 84         /// <returns>返回验证码</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 }

base32转码类

  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 }

总结

需要注意的坑

移动端下载的认证器的秘钥key是通过base32转码得到的，而程序端是直接输入源码。

如原秘钥为xeon997@foxmail.com生成的base32码pbsw63rzhe3uaztppbwwc2lmfzrw63i=才是移动端需要输入的秘钥。

在网上找了很多资料没有发现关于c#的案例，所以在此记录一下自己遇到的坑，让更多的人能够跳过这个坑。

案例地址：

git:https://github.com/cn-yi/googleauthenticator

gitee:https://gitee.com/hsyi/googleauthenticator

在此感谢提供学习资料的大神们，如果有错误的地方欢迎留言。

黄山市民网：https://www.huangshanshimin.com/