Intro

TOTP 是基于时间的一次性密码生成算法，它由 RFC 6238 定义。和基于事件的一次性密码生成算法不同 HOTP，TOTP 是基于时间的，它和 HOTP 具有如下关系：

TOTP = HOTP(K, T) HOTP(K,C) = Truncate(HMAC-SHA-1(K,C)) 

其中：

• T：T = (Current Unix time - T0) / X， T0 = 0，X = 30
• K：客户端和服务端的共享密钥，不同的客户端的密钥各不相同。
• HOTP：该算法请参考 RFC，也可参考 理解 HMAC-Based One-Time Password Algorithm

TOTP 算法是基于 HOTP 的，对于 HOTP 算法来说，HOTP 的输入一致时始终输出相同的值，而 TOTP 是基于时间来算出来的一个值，可以在一段时间内（官方推荐是30s）保证这个值是固定以实现，在一段时间内始终是同一个值，以此来达到基于时间的一次性密码生成算法，使用下来整体还不错，有个小问题，如果需要实现一个密码只能验证一次需要自己在业务逻辑里实现，只能自己实现，TOTP 只负责生成和验证。

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C# 实现 TOTP

实现代码

讯享网using System; using System.Security.Cryptography; using System.Text; namespace WeihanLi.Totp { 
    public class Totp { 
    private readonly OtpHashAlgorithm _hashAlgorithm; private readonly int _codeSize; public Totp() : this(OtpHashAlgorithm.SHA1, 6) { 
    } public Totp(OtpHashAlgorithm otpHashAlgorithm, int codeSize) { 
    _hashAlgorithm = otpHashAlgorithm; // valid input parameter if (codeSize <= 0 || codeSize > 10) { 
    throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(codeSize), codeSize, "length must between 1 and 9"); } _codeSize = codeSize; } private static readonly Encoding Encoding = new UTF8Encoding(false, true); public virtual string Compute(string securityToken) => Compute(Encoding.GetBytes(securityToken)); public virtual string Compute(byte[] securityToken) => Compute(securityToken, GetCurrentTimeStepNumber()); private string Compute(byte[] securityToken, long counter) { 
    HMAC hmac; switch (_hashAlgorithm) { 
    case OtpHashAlgorithm.SHA1: hmac = new HMACSHA1(securityToken); break; case OtpHashAlgorithm.SHA256: hmac = new HMACSHA256(securityToken); break; case OtpHashAlgorithm.SHA512: hmac = new HMACSHA512(securityToken); break; default: throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(_hashAlgorithm), _hashAlgorithm, null); } using (hmac) { 
    var stepBytes = BitConverter.GetBytes(counter); if (BitConverter.IsLittleEndian) { 
    Array.Reverse(stepBytes); // need BigEndian } // See https://tools.ietf.org/html/rfc4226 var hashResult = hmac.ComputeHash(stepBytes); var offset = hashResult[hashResult.Length - 1] & 0xf; var p = ""; for (var i = 0; i < 4; i++) { 
    p += hashResult[offset + i].ToString("X2"); } var num = Convert.ToInt64(p, 16) & 0x7FFFFFFF; //var binaryCode = (hashResult[offset] & 0x7f) << 24 // | (hashResult[offset + 1] & 0xff) << 16 // | (hashResult[offset + 2] & 0xff) << 8 // | (hashResult[offset + 3] & 0xff); return (num % (int)Math.Pow(10, _codeSize)).ToString(); } } public virtual bool Verify(string securityToken, string code) => Verify(Encoding.GetBytes(securityToken), code); public virtual bool Verify(string securityToken, string code, TimeSpan timeToleration) => Verify(Encoding.GetBytes(securityToken), code, timeToleration); public virtual bool Verify(byte[] securityToken, string code) => Verify(securityToken, code, TimeSpan.Zero); public virtual bool Verify(byte[] securityToken, string code, TimeSpan timeToleration) { 
    var futureStep = (int)(timeToleration.TotalSeconds / 30); var step = GetCurrentTimeStepNumber(); for (int i = -futureStep; i <= futureStep; i++) { 
    if (step + i < 0) { 
    continue; } var totp = Compute(securityToken, step + i); if (totp == code) { 
    return true; } } return false; } private static readonly DateTime _unixEpoch = new DateTime(1970, 1, 1, 0, 0, 0, DateTimeKind.Utc); /// <summary> /// timestep /// 30s(Recommend) /// </summary> private static readonly long _timeStepTicks = TimeSpan.TicksPerSecond * 30; // More info: https://tools.ietf.org/html/rfc6238#section-4 private static long GetCurrentTimeStepNumber() { 
    var delta = DateTime.UtcNow - _unixEpoch; return delta.Ticks / _timeStepTicks; } } } 

使用方式：

 var otp = new Totp(OtpHashAlgorithm.SHA1, 4); // 使用 SHA1算法，输出4位 var secretKey = ""; var output = otp.Compute(secretKey); Console.WriteLine($"output: { 
     output}"); Thread.Sleep(1000 * 30); var verifyResult = otp.Verify(secretKey, output); // 使用默认的验证方式，30s内有效 Console.WriteLine($"Verify result: { 
     verifyResult}"); verifyResult = otp.Verify(secretKey, output, TimeSpan.FromSeconds(60)); // 指定可容忍的时间差，60s内有效 Console.WriteLine($"Verify result: { 
     verifyResult}"); 

输出示例：