كلمة مرور لمرة واحدة تعتمد على HMAC

كلمة المرور لمرة واحدة المستندة إلى HMAC ( HOTP ) هي خوارزمية لكلمة المرور لمرة واحدة (OTP) تعتمد على رمز مصادقة الرسائل المستند إلى التجزئة (HMAC). عندما يحاول عميل الوصول إلى خادم، يرسل الخادم المُستهدف تحديًا إلى العميل. ثم يقوم العميل بحساب استجابة تمثل كلمة مرور لمرة واحدة. غالبًا ما يشكل هذا جزءًا من بروتوكولات المصادقة متعددة العوامل مثل خوارزمية التحدي والاستجابة لمبادرة المصادقة المفتوحة (OATH). ^{[ 1 ]}

نُشرت خوارزمية HOTP كوثيقة معلوماتية (RFC 4226) صادرة عن فريق هندسة الإنترنت (IETF) في ديسمبر 2005، توثق الخوارزمية مع تطبيقها بلغة جافا. ومنذ ذلك الحين، اعتمدتها العديد من الشركات حول العالم (انظر أدناه). خوارزمية HOTP معيار مفتوح المصدر ومتاح مجانًا. 

تُوفّر خوارزمية HOTP طريقةً للمصادقة عبر توليد كلمات مرور أو قيم قابلة للقراءة البشرية بشكل متناظر ، حيث تُستخدم كل قيمة لمحاولة مصادقة واحدة فقط. وتنتج خاصية الاستخدام لمرة واحدة مباشرةً من استخدام كل قيمة عداد لمرة واحدة.

يجب على الأطراف التي تنوي استخدام HOTP إنشاء بعضالمعلمات ؛ عادةً ما يتم تحديدها بواسطة المصادق، ويتم قبولها أو رفضها من قبل الكيان المصادق عليه:

• طريقة التشفير التجزئية H (الافتراضي هو SHA- 1 )
• مفتاح سري K ، وهو عبارة عن سلسلة بايتات عشوائية ويجب أن يبقى خاصًا
• عداد C ، طوله 8 بايتات، ويحسب عدد التكرارات .
• طول قيمة HOTP هو d (6-10، القيمة الافتراضية هي 6، ويوصى باستخدام 6-8)

يقوم كلا الطرفين بحساب قيمة HOTP المستمدة من المفتاح السري K والعداد C. ثم يقوم المصادق بمقارنة قيمته المولدة محليًا بالقيمة المقدمة من قبل المصادق عليه.

يقوم كل من المُصادِق والكيان المُصادَق عليه بزيادة العداد C بشكل مستقل. ولأن الكيان المُصادَق عليه قد يزيد العداد بمقدار أكبر من المُصادِق، توصي RFC 4226 ببروتوكول إعادة مزامنة. يقترح هذا البروتوكول أن يُحاول المُصادِق التحقق بشكل متكرر قبل قيمة عداده ضمن نافذة بحجم s . يستمر عداد المُصادِق في الزيادة بعد القيمة التي ينجح عندها التحقق، ولا يتطلب ذلك أي إجراءات من الكيان المُصادَق عليه. 

لحماية البيانات من هجمات القوة الغاشمة التي تستهدف صغر حجم قيم HOTP، توصي وثيقة RFC أيضًا بتطبيق تقييد مستمر لعملية التحقق من HOTP. ويمكن تحقيق ذلك إما عن طريق منع التحقق بعد عدد قليل من المحاولات الفاشلة، أو عن طريق زيادة التأخير بشكل خطي بعد كل محاولة فاشلة.

تُستخدم رموز مكونة من 6 أرقام عادةً بواسطة رموز أجهزة خاصة من عدد من الموردين، تُحدد القيمة الافتراضية لـ d . يؤدي الاقتطاع إلى استخراج 31 بت أو${\textstyle \log _{10}(2^{31})\approx 9.3}$الأرقام العشرية، مما يعني أن d يمكن أن يكون على الأكثر 10، مع إضافة الرقم العاشر تباينًا أقل، حيث يأخذ القيم 0 و1 و2 (أي 0.3  رقم).

بعد التحقق، يمكن للمُصادِق التحقق من هويته ببساطة عن طريق توليد قيمة HOTP التالية وإعادتها، ثم يمكن للمُصادَق عليه توليد قيمة HOTP خاصة به للتحقق منها. تجدر الإشارة إلى أن العدادات مضمونة التزامن في هذه المرحلة من العملية.

قيمة HOTP هي ناتج التصميم القابل للقراءة البشرية، وهو رقم عشري مكون من d خانة (بدون حذف الأصفار البادئة):

قيمة HOTP = HOTP ( K , C ) mod 10 ^d .

أي أن القيمة هي أقل الأرقام العشرية أهمية في HOTP.

HOTP هو اختصار لـ HMAC الخاص بالعداد C (تحت المفتاح K ودالة التجزئة H ):

HOTP ( K , C ) = truncate(HMAC _H ( K , C )),

حيث يجب استخدام العداد C بنظام big-endian .

تقوم عملية الاقتطاع أولاً بأخذ أقل 4 بتات أهمية من رمز التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC) وتستخدمها كإزاحة بايت i :

truncate( MAC ) = extract31( MAC , MAC [(19 × 8 + 4):(19 × 8 + 7)]),

حيث تُستخدم علامة ":" لاستخراج البتات من رقم بت البداية وحتى رقم بت النهاية، حيث تبدأ أرقام البتات من الصفر. يشير استخدام الرقم "19" في الصيغة أعلاه إلى حجم الناتج من دالة التجزئة. مع القيمة الافتراضية لـ SHA-1، يكون الناتج هو20 بايت  ، وبالتالي فإن البايت الأخير هو البايت 19 (أصل 0).

يُستخدم هذا المؤشر i  لاختيار 31 بت من MAC ، بدءًا من البت i × 8 + 1:

extract31( MAC , i ) = MAC [( i × 8 + 1):( i × 8 + 4 × 8 − 1)].

31 بتًا تنقص بتًا واحدًا عن كلمة من 4 بايتات. لذا، يمكن وضع القيمة داخل هذه الكلمة دون استخدام بت الإشارة (البت الأكثر أهمية). يُجرى ذلك لتجنب إجراء العمليات الحسابية النمطية على الأعداد السالبة، نظرًا لتعدد تعريفاتها وتطبيقاتها. ^{[ 2 ]}

استيراد مكتبة hashlibdef hmac_sha1 ( * , key : bytes , msg : bytes ) -> bytes :إذا كان طول ( المفتاح ) أكبر من 64 :key = hashlib.sha1 ( key ) .digest ( )​​آخر :مفتاح = مفتاح . جست ( 64 , ب ' \0 ' )o_key_pad = bytes ( i ^ 0x5c for i in key )i_key_pad = bytes ( i ^ 0x36 for i in key )إرجاع hashlib.sha1 (​​o_key_pad +hashlib.sha1 ( i_key_pad + msg ) .digest ( )​​) . digest ()دالة hotp ( * , key : bytes , ctr : int , length : int ) -> str :mac = hmac_sha1 ( key = key , msg = ctr . to_bytes ( 8 , 'big' ))الإزاحة = mac [ - 1 ] & 0xftruncated = bytearray ( mac [ offset : offset + 4 ])truncated [ 0 ] &= 0x7fالقيمة = int.from_bytes ( truncated , ' big ' ) % ( 10 ** الطول )return str ( value ) .rjust ( length , ' 0' )

otpauth://مخطط URI

تتيح بعض تطبيقات بروتوكولي HOTP و TOTP للهواتف الذكية للمستخدمين مسح رموز QR لإضافة رموز HOTP وTOTP إلى تطبيقات المصادقة الخاصة بهم. تحتوي رموز QR هذه على مُعرّفات موارد موحدة (URIs) وفقًا للمخطط ^{[ 3 ]}otpauth:// .

otpauth://تبدأ عناوين URI الخاصة ببروتوكول HOTP بـ " otpauth://hotp/الاسم" ويجب أن تحتوي على "الاسم" و"السر" و"العداد". يُشفّر الاسم كجزء من المسار، بينما يُشفّر السر والعداد كمعاملات استعلام. قد يحتوي عنوان URI اختياريًا على حقول أخرى، مثل عدد الأرقام (وهو 6 افتراضيًا)، والخوارزمية المستخدمة (وهي SHA1 افتراضيًا)، واسم المُصدر.

يتم ترميز السر باستخدام RFC 4648 Base32 ، مع حذف الحشو. على سبيل المثال، يمثل URI otpauth://hotp/Wikipedian?secret=JBSWY3DPFQQHO33SNRSCC&counter=42رمز HOTP يحمل اسم "Wikipedian"، مع ترميز السر Hello, world!باستخدام ASCII، والعداد الأولي 42. عند إضافته إلى أداة المصادقة، يجب أن ينتج الرمز التالي 439256.

تتوفر رموز الأجهزة والبرامج من مختلف البائعين، وللاطلاع على بعضها، انظر المراجع أدناه.

تتوفر رموز البرامج لجميع منصات الهواتف المحمولة/ الهواتف الذكية الرئيسية تقريبًا ( J2ME ، ^{[ 4 ]} Android ، ^{[ 5 ]} iPhone ، ^{[ 6 ]} BlackBerry ، ^{[ 7 ]} Maemo ، ^{[ 8 ]} macOS ، ^{[ 9 ]} وWindows Mobile ^{[ 7 ]} ).

على الرغم من أن الاستقبال المبكر من بعض الصحافة المتخصصة في الكمبيوتر كان سلبيًا خلال عامي 2004 و2005، ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} بعد أن اعتمدت IETF بروتوكول HOTP كـ RFC 4226 في ديسمبر 2005، بدأ العديد من البائعين في إنتاج رموز متوافقة مع HOTP و/أو حلول مصادقة كاملة. 

وفقًا للمقال "خارطة الطريق: استبدال كلمات المرور بمصادقة OTP" ^{[ 13 ]} حول المصادقة القوية، والذي نشرته مجموعة بيرتون (قسم من شركة غارتنر ) في عام 2010، " تتوقع غارتنر أن يستمر شكل OTP للأجهزة في التمتع بنمو معتدل بينما ستنمو OTP للهواتف الذكية وتصبح منصة الأجهزة الافتراضية بمرور الوقت".

• مبادرة المصادقة المفتوحة
• مفتاح S
• خوارزمية كلمة المرور لمرة واحدة المعتمدة على الوقت (TOTP)

• RFC 4226: HOTP: خوارزمية كلمة مرور لمرة واحدة تعتمد على HMAC
• RFC 6238: TOTP: خوارزمية كلمة المرور لمرة واحدة القائمة على الوقت
• RFC 6287: OCRA: خوارزمية التحدي والاستجابة OATH
• مبادرة المصادقة المفتوحة
• تنفيذ خوارزمية HOPT وفقًا لمعيار RFC 4226 ( مؤرشف بتاريخ 16 ديسمبر 2021 على موقع Wayback Machine) . شرح تفصيلي للتنفيذ باستخدام لغة بايثون في دفتر Jupyter Notebook.