TOTP / HOTP / HmacSHA256 与 Java 中的无符号字节密钥答案

【问题标题】：TOTP / HOTP / HmacSHA256 with unsigned bytes key in JavaTOTP / HOTP / HmacSHA256 与 Java 中的无符号字节密钥
【发布时间】：2019-01-26 18:25:35
【问题描述】：

从以下问题我们可以看出：

Java HmacSHA256 with key

Java vs. Golang for HOTP (rfc-4226)

，当在 TOTP / HOTP / HmacSHA256 用例中使用密钥时，Java 并不能很好地发挥作用。我的分析是以下造成的麻烦：

String.getBytes（当然）会为字符值 > 127 的字符提供负字节值；
javax.crypto.Mac 和 javax.crypto.spec.SecretKeySpec 在外部和内部都使用 byte[] 来接受和转换密钥。

我们已经获得了一些Feitian C-200 Single Button OTP devices，它们带有一个十六进制字符串秘密，由大于 127 的字节值组成。

我们已经成功地在 Ruby 中为这些令牌创建了一个 PoC，它可以完美运行。由于我们要在Keycloak 中集成这些，所以我们需要找到一个Java 解决方案。

由于我们看到的每个 TOTP / HOTP / HmacSHA256 实现都使用javax.crypto 库和byte[]，我们担心我们必须重写所有使用的类，但使用int 来支持这种情况。

问：还有其他方法吗？我们如何在 Java 中的 HmacSHA256 计算中使用秘密，其中字节的值 > 127 而无需重写所有内容？

更新

我看错了方向。我的问题是密钥被表示为一个字符串（Java 中的 UTF-16），其中包含由 getBytes() 分解为两个字节的 Unicode 字符，然后被传递到 SecretKeySpec。

在此转换上强制 StandardCharsets.ISO_8859_1 可以解决问题。

【问题讨论】：

Java 加密将字节视为无符号并且工作正常，几十年来一直为数十亿用户工作良好；请参阅我对您的第一个链接问题的新答案，该答案证明了这一点。

标签： java cryptography hmac one-time-password totp

【解决方案1】：

签名与未签名是一个主要与人类相关的演示问题。计算机不知道也不关心 0xFF 对你来说是 -1 还是 255。所以不，你不需要使用整数，使用byte[] 就可以了。

这并不意味着您不能破坏事物，因为某些操作基于默认的签名变量类型。例如：

byte b = (byte)255;    // b is -1 or 255, depending on how you interpret it
int i = b;      // i is -1 or 2³² instead of 255
int u = b & 0xFF; // u is 255

Java 仅对原语进行了签名（boolean 和 char 无法承受）似乎让很多人感到震惊。然而，Java 完全有能力执行加密操作，所以所有这些“不可能”的问题都只是用户错误。在编写安全敏感代码时，这不是您想要的。

【讨论】：

写得很好。请注意，加法和减法模 256 对有符号或无符号值的工作方式完全相同。当您查看以下位时，127 + 1 = -128 和 127 + 1 = 128 是相同的：0x7F + 0x01 = 0x80。 0x80 可能意味着 -128 或 128，所以完全没有问题。这是当今每个 CPU 都使用的使用负值的 二补码 方式的优点之一。就像现在字节总是 8 位一样 :)
ITYM (IHYM!) 如果你忽略 char 和 boolean，Java 只有 >>signed
@Kayaman 感谢您的解释和指点。我将重新审视我的用例，看看为什么我会得出这个结论并在此处跟进。
@ChrisBrandhorst 至少你不需要编写自己的加密框架 :)
@Kayaman 确实 :) 我的问题在于密钥的来源，一个包含 Unicode 字符的字符串，其转换为字节数组是不正确的。再次感谢。

【解决方案2】：

不要害怕 Java :) 我已经测试了来自不同供应商的几十个令牌，Java 一切都很好，你只需要选择正确的转换器。

从 String 获取字节作为 getBytes() 而不是使用正确的转换器是常见的问题。您从供应商处获得的文件以十六进制格式表示密钥，因此只需 google 'java hex string to byte array' 并选择适合您的解决方案。

Hex、Base32、Base64 只是一种表示形式，您可以轻松地从一种转换为另一种。

【讨论】：

【解决方案3】：

我遇到了完全相同的问题（几年后）：我们有 飞天设备，并且必须设置他们的服务器端代码。
没有可用的实现与它们一起工作（php 或 java 都不是）。

解决方案：飞天设备自带十六进制种子。首先，您必须将种子解码为原始二进制文件（例如，在 PHP 中使用 hex2bin()）。该数据是 TOTP/HOTP 函数的正确输入。
java的hex2bin()版本有点棘手，在OP的问题里写的很清楚。

（长话短说：你必须用 StandardCharsets.ISO_8859_1 解释 hex2bin 的结果，否则一些字符将被解释为 2 字节 utf-16 字符，这会导致最后的密码不同）

String hex = "1234567890ABCDEF"; // original seed from Feitian

Sring secretKey = new String(hex2bin(hex), StandardCharsets.ISO_8859_1);
Key key = new SecretKeySpec(secretKey.getBytes(StandardCharsets.ISO_8859_1), "RAW");
// or without String representation:
Key key = new SecretKeySpec(hex2bin(hex), "RAW");

【讨论】：