双因子认证（Two-factor authentication）简介

一、核心概念

双因子认证（Two-Factor Authentication，简称2FA）是一种身份验证机制，它要求用户提供两种不同类型的证据来证明自己的身份，通常包括用户所知道的（如密码）、用户所拥有的（如手机、安全令牌）或用户所特有的（如指纹、面部识别）。这种双层保护大大增强了账户的安全性，因为即使攻击者获取了用户的密码，没有第二个因素也无法登录。

例如 Github 登录时已经启用了双因子认证，我们可以通过 Authenticator 动态获取验证码进行登录
微软 Authenticator 官方下载地址
- Authenticator 动态获取验证码

二、双因子认证的常见类型

1. 短信验证码：
用户输入用户名和密码后，系统会发送一个一次性验证码到用户注册的手机号码上。用户收到验证码后，在网站或应用程序中输入该验证码完成登录。
2. 认证器应用：
使用基于时间的一次性密码（Time-Based One-Time Password，简称TOTP）协议，用户在手机上的认证器应用（如Google Authenticator、Microsoft Authenticator）生成动态验证码。每次登录时，除了输入密码外，还需要输入此时认证器显示的验证码。
3. 物理安全钥匙：
用户拥有一把物理USB设备或NFC标签，当用户尝试登录时，需要插入或接触这个设备来完成验证。
4. 生物特征： 使用指纹、面部识别或其他生物特征作为第二因素。

三、原理

以基于时间的一次性密码（TOTP）为例，实现双因子认证的步骤如下：
1. 密钥生成与分发： 服务器生成一个随机的密钥，并将其安全地传递给用户的认证器应用。这个密钥用于生成一次性密码。
2. 时间同步： 服务器和认证器应用保持时间同步，通常使用协调世界时（UTC）。
3. 生成一次性密码： 认证器应用根据当前时间戳、密钥和一个哈希算法（如HMAC-SHA1）计算出一个一次性密码。
4. 验证： 用户登录时，输入密码并提供认证器应用显示的一次性密码。服务器使用相同的密钥、时间戳和算法来重新计算一次性密码，并与用户提供的密码进行比对。如果匹配，验证成功。

四、应用实现

下面是一个使用 JAVA 实现的基于TOTP的双因子认证的简化示例，我们将使用JavaTotp库来生成和验证一次性密码。首先，需要在项目中引入JavaTotp库，可以通过Maven或Gradle添加依赖。

Maven 依赖

<dependency><groupId>com.github.poslovich</groupId><artifactId>JavaTotp</artifactId><version>2.1</version>
</dependency>

JAVA 代码实现

import com.google.zxing.WriterException;
import com.github.poslovich.java.totp.Totp;
import java.time.Instant;public class TwoFactorAuthentication {public static void main(String[] args) {// 密钥，通常为用户特定的String secretKey = "JBSWY3DPEHPK3PXP";// 创建TOTP实例Totp totp = new Totp(secretKey);// 获取当前时间的一次性密码String currentOtp = totp.generateTotpToken();// 用户输入密码和一次性密码String userPassword = "password123";String userOtp = "用户需要在这里输入接收到的一次性密码"; // 示例中用字符串代替用户输入// 验证密码和一次性密码boolean isVerified = false;if ("password123".equals(userPassword)) { // 简化示例，实际应使用安全的密码存储方式isVerified = totp.validateOtpToken(currentOtp);}// 输出验证结果if (isVerified) {System.out.println("登录成功");} else {System.out.println("登录失败");}// 打印当前时间和一次性密码，用于调试System.out.println("当前时间: " + Instant.now());System.out.println("当前一次性密码: " + currentOtp);}
}