二步验证最早被Google用于GMail的登录验证，如今已经被运用到了阿里云、Github等大型的网站之中，为账号安全保驾护航。二步验证的加入，可以有效地防止因为用户的账号密码泄露导致对用户数据造成损失。

引入依赖

首先，我们需要在项目中引入GoogleAuth依赖。在本次教程中，我们使用了SpringBoot框架进行演示，你可以根据自己的项目情况进行代码移植。

<dependency>
    <groupId>com.warrenstrange</groupId>
    <artifactId>googleauth</artifactId>
    <version>1.5.0</version>
</dependency>

相关代码

由于GoogleAuth已经完成了校验和生成的内容，所以我们只需要调用相关的函数即可，非常的简单。在这里，我们只需要创建TwoFactorAuthService.java及其实现类TwoFactorAuthServiceImpl.java,并在实现类中完成相应的逻辑即可。这里只是简单的一个Demo，如果要为不同用户设置独立的密钥并进行校验，可以尝试为其设置一个数据库进行存储。

@Service
public class TwoFactorAuthServiceImpl implements TwoFactorAuthService {

    private GoogleAuthenticator gAuth = new GoogleAuthenticator();


    // 生成并返回二维码密钥
    public String generateSecretKey(Long userId) {
        GoogleAuthenticatorKey key = gAuth.createCredentials();
        return key.getKey();
        // TODO: 将生成的key存入数据库中
    }

    // 验证动态验证码
    // TODO: 如果需要支持多用户，可以传入userid等信息
    public boolean verifyCode(String key2fa, int verificationCode) {
        // TODO: 根据用户id查询是否已经拥有密钥，如果没有，调用generateSecretKey生成
        if (key2fa == null) {
            key2fa = generateSecretKey(userId);
        }
        return gAuth.authorize(key2fa, verificationCode);
    }
}

运行之后，我们可以直接获取到key2fa的信息。在这里，我们需要拼接到这个uri模板中，并通过生成二维码来绑定到二步验证器中。

otpauth://totp/{issuer}:{account}?secret={secret}&issuer={issuer}

issuer: 服务提供商，可以是你的app的名字
account: 账号，可以是用户的id或者名称
secret: 刚才在控制台打印的key2fa

技术原理

TOTP算法

TOTP 是一种基于时间的动态密码生成算法，是两步验证实现的核心算法。它结合了当前的系统时间和共享密钥（secret），生成一个短时间有效的唯一验证码。关键的实现内容如下：

• 时间步长：TOTP 的步长通常为 30 秒，即每 30 秒生成一个新的验证码。

• 时间戳：将当前的系统时间（通常以 UNIX 时间戳表示）除以步长，得到一个时间段的计数器。

• HMAC 加密：将计数器和共享密钥（secret）通过 HMAC-SHA1 加密得到一个哈希值。

• 截取输出：从 HMAC 结果中提取 4 字节（31 位）数据，并对其取模（通常取模 10^6），得到一个 6 位验证码。

GoogleAuth的关键组件

• 密钥生成：GoogleAuth库可以生成一个 Base32 编码的共享密钥，用于初始化 TOTP 生成器。这个密钥会被用户的验证器（如 Google Authenticator）和服务器同时使用。
• 生成 OTP：使用 secret 和当前时间戳来生成一次性密码。一般情况下，它每 30 秒生成一个新的 6 位或 8 位数字验证码。
• 验证 OTP：库可以在用户提供的验证码与生成的验证码之间进行比较。如果它们匹配，验证成功，否则验证失败。通常允许一个时间段的偏移，以处理客户端和服务器之间可能存在的小时间差。