Java 为您的 WEB 应用程序启用两步验证

支持双因素身份验证 (2FA) 几乎总是一个好主意，尤其是对于后台系统。2FA 有许多不同的形式，其中一些包括 SMS、TOTP 甚至硬件令牌。

启用它们需要类似的流程：

• 用户转到他们的个人资料页面（如果您想在注册时强制使用 2fa，请跳过此页面）
• 单击“启用双因素身份验证”
• 输入一些数据以启用特定的 2FA 方法（电话号码、TOTP 验证码等）
• 下次登录时，除了用户名和密码外，登录表单还会请求第二个因素（验证码）并将其与凭据一起发送

我将重点介绍 Google Authenticator，它使用 TOTP（基于时间的一次性密码）来生成一系列验证码。这个想法是服务器和客户端应用程序共享一个密钥。根据该键和当前时间，两者都得出相同的代码。当然，时钟不是完全同步的，所以有一些代码窗口被服务器接受为有效的。请注意，如果您不信任 Google 的应用程序，您可以使用下面的相同库实现您自己的客户端应用程序。

如何使用 Java（在服务器上）实现它？使用​GoogleAuth​ 库。流程如下：

• 用户转到他们的个人资料页面
• 单击“启用双因素身份验证”
• 服务器生成一个密钥，将其存储为用户配置文件的一部分，并将 URL 返回到二维码。请注意，最好对机密进行加密，以使其更难被数据泄露破坏。
• 用户使用他们的 Google Authenticator 应用程序扫描二维码，从而在应用程序中创建一个新的个人资料
• 用户在与二维码一起出现的字段中输入应用显示的验证码，然后点击“确认”
• 服务器在用户配置文件中将 2FA 标记为已启用
• 或者，您可以给用户一些“临时代码”，他们可以写下这些代码，以防他们丢失应用程序或机密。
• 如果用户不扫描代码或不验证过程，用户配置文件将只包含一个孤立的密钥，但不会被标记为已启用
• 应该有一个选项可以稍后从他们的用户个人资料页面禁用 2FA

从理论的角度来看，这里最重要的一点是密钥的共享。加密是对称的，因此双方（身份验证器应用程序和服务器）具有相同的密钥。它通过用户扫描的二维码共享。如果攻击者在那时控制了用户的机器，则机密可能会泄露，因此 2FA 也会被攻击者滥用。但这不在威胁模型中——换句话说，如果攻击者可以访问用户的机器，那么损害就已经造成了。

注意：您可能会看到此过程称为 2 步身份验证或 2 因素。“因素”是：“你知道的东西”、“你拥有的东西”和“你是的东西”。您可以将 TOTP 视为“您知道”的另一件事，但您也可以将带有安全存储的密钥的手机视为“您拥有”的东西。在这种特殊情况下，我不坚持使用任何一个术语。

登录后，流程如下：

• 用户输入用户名和密码，点击“登录”
• 页面使用 AJAX 请求询问服务器此电子邮件是否启用了 2FA
• 如果未启用 2FA，只需提交用户名和密码表格
• 如果启用了 2FA，则不会提交登录表单，而是会显示一个附加字段，让用户从身份验证器应用程序输入验证码
• 用户输入代码并按登录后，即可提交表单。使用相同的登录按钮，或新的“验证”按钮，或者验证输入 + 按钮可以是一个全新的屏幕（隐藏用户名/密码输入）。
• 然后服务器再次检查用户是否启用了 2FA，如果是，则验证验证码。如果匹配，则登录成功。如果不是，则登录失败，并且允许用户重新输入凭据和验证码。请注意，根据用户名/密码是否错误或代码错误，您可以有不同的响应。您也可以在显示验证码输入之前尝试登录。这种方式可以说更好，因为这样您就不会向潜在攻击者透露用户使用 2FA。

虽然我说的是用户名和密码，但它可以适用于任何其他身份验证方法。从 ​OAuth/OpenID Connect/SAML​ 提供程序获得成功确认后，或者在获得来自​SecureLogin​的令牌后，您可以请求第二个因素（代码）。

在代码中，上述流程如下所示（使用 Spring MVC；为了简洁起见，我合并了控制器和服务层。您可以将 ​@AuthenticatedPrincipal​ 位替换为您将当前登录的用户详细信息提供给控制器的方式）。假设方法在映射到“/user/”的控制器中：

@RequestMapping(value ="/init2fa", method = RequestMethod.POST)
@ResponseBody
public String initTwoFactorAuth(@AuthenticationPrincipal LoginAuthenticationToken token) {
    User user = getLoggedInUser(token);
    GoogleAuthenticatorKey googleAuthenticatorKey = googleAuthenticator.createCredentials();
    // note - preferably encrypt it with an externally stored (or even HSM) key
    user.setTwoFactorAuthKey(googleAuthenticatorKey.getKey());
    dao.update(user);
    return GoogleAuthenticatorQRGenerator.getOtpAuthURL(GOOGLE_AUTH_ISSUER, email, googleAuthenticatorKey);
}
 
@RequestMapping(value ="/confirm2fa", method = RequestMethod.POST)
@ResponseBody
public boolean confirmTwoFactorAuth(@AuthenticationPrincipal LoginAuthenticationToken token,@RequestParam("code")int code) {
    User user = getLoggedInUser(token);
    boolean result = googleAuthenticator.authorize(user.getTwoFactorAuthKey(), code);
    user.setTwoFactorAuthEnabled(result);
    dao.update(user);
    return result;
}
 
@RequestMapping(value ="/disable2fa", method = RequestMethod.GET)
@ResponseBody
public void disableTwoFactorAuth(@AuthenticationPrincipal LoginAuthenticationToken token) {
    User user = getLoggedInUser(token);
    user.setTwoFactorAuthKey(null);
    user.setTwoFactorAuthEnabled(false);
    dao.update(user);
}
 
@RequestMapping(value ="/requires2fa", method = RequestMethod.POST)
@ResponseBody
public boolean login(@RequestParam("email") String email) {
    // TODO consider verifying the password here in order not to reveal that a given user uses 2FA
    return userService.getUserDetailsByEmail(email).isTwoFactorAuthEnabled();
}

二维码生成使用 Google 的服务，从技术上讲，该服务也为 Google 提供了密钥。我怀疑他们除了生成二维码之外还存储它，但是如果您不信任他们，您可以实现自己的二维码生成器，自己生成二维码应该不难。

在客户端，它是对上述方法的简单 AJAX 请求（旁注：我有点觉得 AJAX 一词不再流行，但我不知道如何调用它们。异步？背景？Javascript？）。

$("#two-fa-init").click(function() {
    $.post("/user/init2fa",function(qrImage) {
    $("#two-fa-verification").show();
    $("#two-fa-qr").prepend($('<img>',{id:'qr',src:qrImage}));
    $("#two-fa-init").hide();
    });
});
 
$("#two-fa-confirm").click(function() {
    var verificationCode = $("#verificationCode").val().replace(/ /g,'')
    $.post("/user/confirm2fa?code=" + verificationCode,function() {
       $("#two-fa-verification").hide();
       $("#two-fa-qr").hide();
       $.notify("Successfully enabled two-factor authentication","success");
       $("#two-fa-message").html("Successfully enabled");
    });
});
 
$("#two-fa-disable").click(function() {
    $.post("/user/disable2fa",function(qrImage) {
       window.location.reload();
    });
});

登录表单代码在很大程度上取决于您正在使用的现有登录表单，但重点是使用电子邮件（和密码）调用 /requires2fa 以检查是否启用了 2FA，然后显示验证码输入。

总的来说，如果双因素身份验证的实现很简单，我建议将它用于大多数系统，在这些系统中，安全性比用户体验的简单性更重要。