【问题标题】:Using Random as basis for One Time Password token使用随机作为一次性密码令牌的基础
【发布时间】:2016-01-22 16:37:48
【问题描述】:

我有一个为系统创建 OTP 令牌的场景。所以我尝试通过以下方式将随机函数与种子一起使用。

Public Shared Function generateOTP(seed As Integer) As Integer
    Dim rand As Random
    rand = New Random(seed)
    Return rand.Next(100000, 999999)
End Function

它按我预期的方式正常工作。当我传递一个值说 10 时,它总是返回相同的 6 位数字。

但我的问题是是否有可能为不同的数字生成相同的随机数? 另一个问题是,对于应用程序运行的所有计算机中的相同数字,随机数是否相同。我的意思是带有种子的随机函数是否有任何处理器依赖性或时间依赖性?

【问题讨论】:

  • 如果你想确定来自给定种子的相同值集,你应该考虑 Mersenne Twister
  • @Plutonix 稍微解释一下就好了。
  • 随机数生成器必须被允许从不同的种子生成相同的第一个随机数。如果不允许,则它不够随机。密码生成器应使用加密强的随机数生成器。不要自己制作,使用 RNGCryptoServiceProvider 类。
  • 我刚刚重读了这篇文章,这似乎是一个 XY - 您真的想要随机数还是唯一数?也许一些加密随机字节的 Base26 散列会更好。我试图描绘如何生成相同的值 - 为什么要为新案例生成与以前相同的令牌?第一个可能仍在使用/活动中

标签: .net vb.net


【解决方案1】:

I've a scenario to create OTP token for a system

如果是这样的话,我不明白你为什么要使用同一组随机数。也许它是用于 2 方系统,所以您需要服务器和客户端使用相同的值?如果是这样,请继续阅读。


已经有一种一次性密码算法 (RFC4226)。这里的所有帖子都是 C# 和/或粗略的(...已经创建了 foo 和 bar,对于第 4 步执行此操作:(一些代码))。我找不到一个以 RFC 要求的方式对令牌/值进行编码的方法。

对下面列出的参考资料有一些提示、帮助和修改,主要基于 RFC 附录 C,这里是一个 VB 版本。

请注意,RFC 描述了 2 方系统。客户端从共享密钥(忽略矛盾)和“移动值”或值序列生成 OTP。然后,服务器可以使用密钥和下一个值进行验证。如果它验证,那么它将计数器移动到系列中的下一个。显然,这些 OTP 会立即使用,否则服务器无法验证客户端 B,直到客户端 A 被“赎回”。

似乎没有人对那部分感兴趣,只是关于用 6 位数字表示哈希的部分,重复的可能性非常低。 RFC 还规定了一个似乎没人感兴趣的校验位。

这个也主要对 6 位哈希的核心操作感兴趣,因此它符合 RFC4226。可以添加从一系列值中获取值的方面。

Partial Public Class CryptoTools
    Private Const TicksPerSec = 10000000
    Private Const TicksPerMilli = 10000
    
    ' generate your own key
    Private Shared SecretKey As String = "PoNodJHz4jjVG6...UuiIvmA=="
    

秘密密钥在后面描述。 (这个注释真的是为了减少缩进。)

Public Shared Function GetOneTimePass(somevalue As UInt64,
                                     Optional size As Int32 = 6) As String
    ' undo how the key was made
    Dim Key() As Byte = Convert.FromBase64String(SecretKey)
    Dim hashData As Byte()

    ' encode the value to Data...called text[] in RFC
    ' this part seems missing in most SO answers
    Dim Data(7) As Byte
    For n As Int32 = Data.Length - 1 To 0 Step -1
        Data(n) = CByte(CLng(somevalue) And &HFF)
        somevalue = somevalue >> 8
    Next

    ' create hasher with our key; hash
    Using hasher As New HMACSHA1(Key)
        hashData = hasher.ComputeHash(Data)
    End Using

    ' THIS is the part everyone likes
    ' see links and https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc4226#section-5.4
    Dim offset = hashData(hashData.Length - 1) And &HF
    Dim binCode = (hashData(offset) And &H7F) << 24 Or
                (hashData(offset + 1) And &HFF) << 16 Or
               (hashData(offset + 2) And &HFF) << 8 Or
               (hashData(offset + 3) And &HFF)

    Dim otp As UInt64
    ' RFC: 6 is minimim size, 10 is my max
    Dim sz = If(size < 6, 6,
               If(size > 10, 10, size))

    otp = Convert.ToUInt64(binCode Mod Math.Pow(10, sz))

    ' optional check digit
    ' no one seems to implement; not included
    Dim check = CalculateCheckSum(otp, size)
    'Return otp.ToString().PadLeft(sz, "0"c) & String.Format("-{0}", check.ToString)
    ' pad to minimum length

    ' work in progress: only works out to 7 chars
    'Console.WriteLine(ConvertToBase26(otp))

    Return otp.ToString().PadLeft(sz, "0"c)
End Function

Public Shared Function GetTimeToken() As UInt64
    Dim t As UInt64 = Convert.ToUInt64(DateTime.Now.Ticks / TicksPerMilli)
    Return t
End Function

Public Shared Function GetRandomUInt64() As UInt64
    Dim rBytes(7) As Byte
    Using crng As New RNGCryptoServiceProvider()
        crng.GetBytes(rBytes)
        Return BitConverter.ToUInt64(rBytes, 0)
    End Using
End Function

##用法:

Dim token As UInt64 = CryptoTools.GetTimeToken()
Dim otp As String = CryptoTools.GetOneTimePass(token)

Dim rToken As UInt64 = CryptoTools.GetRandomUInt64()
Dim otp As String = CryptoTools.GetOneTimePass(rToken)

##注意事项

  • HMACSHA1 散列器的建议密钥大小为 64 字节。要创建您的密钥,请使用 RNGCryptoServiceProvider 创建一个包含 64 个随机字节的数组,然后使用 Convert.ToBase64String()
  • 这需要UInt64。对于“真正的”2 方 4226 版本,该值应该是值序列中的下一个。否则...
  • 值可以来自任何地方:可以是时间或随机数。 GetTimeToken() 是一个以UInt64 形式获取时间的实用函数。 GetRandomUInt64() 返回一个加密随机 UInt64 用作起始值。
  • 上面的大多数 SO 链接似乎并没有按照 RFC 要求的方式对值/时间/数据进行编码,如果有的话。一篇文章提到加盐。但是根据 RFC 4226 附录 C 对传递的值进行编码似乎对结果至关重要(这可能解释了盐)。
  • 我只运行了 2000 多次迭代,但从未见过任何重复(即使值仅相差一毫秒)。
  • RFC 指定最少 6 位数字,这实现了,但可以更长。这允许 6-10 位数字,但超过 6 位难以阅读,请考虑为 8 位或更多位插入分隔符。

RFC 声明 希望 HOTP 值是“仅限数字”(第 4 节)。并不是说它不能是字母数字。就个人而言,如果结果以WYQ77-8WYB9 的形式编码,它会更容易(可能在手机上除外)。我无法将结果转换为超过 7 个字符。

如前所述,这不符合 RFC4226,就像它一样。测试到死。它看起来正确,看起来正确,它与其他版本和/或 RFC 匹配,但按原样呈现。


添加了GetRandomUInt64()GetTimeToken() 方法。

参考资料:

【讨论】:

    【解决方案2】:

    是否有可能为不同的数字生成相同的随机数?

    是的,在较新的 .NET 版本中可能会更改底层算法,因此更新后会生成另一个序列

    所有计算机中相同数字的随机数是否相同?

    如果所有计算机都使用相同的库版本 - 是的。

    需要注意的一点:标准随机没有额外的“熵线程”。一些库会启动额外的线程,该线程将重新播种随机状态,并且此状态混合到种子值中(因此,即使对于相同的种子,您也会有不同的序列)

    【讨论】:

    • 但是如果我们的代码在框架 4.0 中运行并且它永远不会改变.. 抱歉我不明白你提到的“更新后”库版本会在同一个框架中改变吗?
    • @sforsandeep 是的,4.0 是主要版本,实际的程序集 (dll) 文件可能会更改。 4.0 也有 4.0.1、4.0.2 和 4.03
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