Справочник анонима. Как работают токены аутентификации и в чем их отличия от паролей

Подписываемся под данными

И людям, и программам нужно знать, что данные были созданы доверенным источником и остались неизменными. Для этого была придумана технология генерации специального хеша (подписи), который подтверждает целостность информации и достоверность ее отправителя/создателя. Для создания этой самой подписи используется схема из нескольких шагов, цель которых — защитить данные от подделки.

Другие статьи в выпуске:

Xakep #247. Мобильная антислежка

• Содержание выпуска
• Подписка на «Хакер»-60%

Алгоритм хеширования может меняться, но суть этого подхода проста и неизменна: для подтверждения целостности сообщения необходимо снова найти подпись защищаемых данных и сравнить ее с имеющейся подписью.

Придумываем коды доступа

Люди, которые придумали двухфакторную аутентификацию, по всей видимости, руководствовались принципом «одна голова хорошо, а две — лучше». И действительно — два пароля точно безопаснее одного. Но пароли, которые отправляет сайт в SMS, нельзя назвать абсолютно защищенными: сообщение чаще всего можно перехватить. Другое дело — специальные приложения для аутентификации, они нацелены на полную защиту всего процесса входа пользователя в аккаунт. Именно их мы сейчас с тобой и разберем.

Создание безопасных одноразовых паролей состоит из двух этапов:

1. Первичная настройка — включение двухфакторной аутентификации.
2. Использование пароля — непосредственный ввод кода и отправка для проверки.

В таком случае пользователь с помощью приложения, доступного на любом устройстве, сможет генерировать коды в соответствии со всеми стандартами.

Первоначальная настройка приложения заключается в обмене секретным ключом между сервером и приложением для аутентификации. Затем этот секретный ключ используется на устройстве клиента, чтобы подписать данные, которые известны и серверу, и клиенту. Этот ключ и служит главным подтверждением личности пользователя при вводе пароля на сервере.

На самом деле весь секрет — последовательность из случайных символов, которые закодированы в формате Base32. Суммарно они занимают не меньше 128 бит, а чаще и все 190 бит. Эту последовательность и видит пользователь как текст или QR-код.

Как приложение создает одноразовые коды? Все просто: приложение с помощью ключа хеширует какое-то значение, чаще всего число, берет определенную часть получившегося хеша и показывает пользователю в виде числа из шести или восьми цифр.

С самого начала для этого числа разработчики использовали простой счетчик входов. Сервер считал количество раз, которое ты заходил, например, на сайт, а приложению было известно, сколько раз ты запрашивал одноразовый пароль. Именно это значение и использовалось для создания каждого следующего одноразового кода. В современных приложениях вместо счетчика берется текущее время — и это намного удобнее для пользователя: счетчики входов часто сбивались, и их приходилось настраивать заново.

Теперь давай попробуем посчитать код для авторизации самостоятельно. Для примера представим, что мы решили прямо в Новый год опубликовать фотографию красивого фейерверка и, чтобы это сделать, нужно войти в свой аккаунт, а значит, нам не обойтись без одноразового пароля.

Возьмем время празднования Нового года в формате UNIX (1577811600000) и посчитаем порядковый номер нашего пароля: поделим на 30 секунд — 52593720. Воспользуемся нашим секретом и вычислим хеш — по стандарту RFC 6238 это функция SHA-1:

$ echo -n '52593720' | openssl sha1 -hmac 'QWERTYUI12345678'
e818e7f3efcb625658c603b08b12522f1e4d160a

Не забудь про аргумент -n для команды echo, чтобы в ее выводе не было ненужного перевода строки, иначе хеш будет другим.

Теперь дело за малым: нужно получить шесть цифр, которые мы и будем отправлять на сервер при авторизации. Возьмем последние четыре бита хеша — сдвиг, — это будет число a, или 10. Именно по этому сдвигу расположен наш код, который пока в виде байтов, — 03b08b12 = 61901586. Отбросим все цифры этого числа, кроме шести последних, и получим наш новенький, готовый к использованию одноразовый код — 901586.

Входим в приложение

Ни одно современное приложение не спрашивает пароль у пользователя постоянно, поскольку пользователей это раздражает. Именно поэтому разработчики и ученые-криптографы придумали токены, которые могут заменить собой пару логин — пароль. Перед учеными стояла задача не столько скрыть какую-то информацию, сколько создать общий стандарт для ее хранения и подтверждения ее надежности. Для всего этого была придумана технология JSON Web Token (JWT).

Как работает JWT?

Если есть данные, достоверность которых следует подтвердить, нам надо подписать их секретным ключом, используя HMAC. Для этого применяется такой же способ хеширования, что и для одноразовых паролей, только вместо шести цифр берется весь хеш целиком. Единственная разница — это сам алгоритм хеширования: в таких токенах SHA-1 считают слишком коротким и небезопасным, поэтому обычно используют SHA-256.

Главная задача JWT — подтверждение личности создателя токена и сопутствующих данных. Обычно содержимое токена — логин или другой идентификатор пользователя.

Давай попробуем создать свой токен. Продолжим нашу маленькую историю с публикацией фотографии фейерверка в соцсети: мы ввели одноразовый пароль, сервер подтвердил нашу личность и хочет выдать токен, чтобы мы смогли с его помощью открыть наше приложение.

Любой токен состоит из трех частей: заголовка со служебной информацией, данных и подписи. Так как стандартом безопасности считается SHA-256, то мы запишем его в наш заголовок.

{
  "alg": "HS256"
}

Внутри самого токена будет храниться информация об идентификаторе аккаунта, в который мы только что вошли.

{
  "user_id": 123456
}

Закодируем наши данные и заголовок в Base64 и соединим их через точку. Это делается, чтобы безопасно пересылать данные через HTTP: eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJ1c2VyX2lkIjogMTIzNDU2fQ. Теперь, зная и данные, и заголовок, мы можем посчитать ее хеш, который содержит наш пароль — строку QWERTYUI12345678.

$ echo -n 'eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJ1c2VyX2lkIjogMTIzNDU2fQ' | openssl sha256 -hmac 'QWERTYUI12345678'
e0a6b48a961ee3fc7eb38afcdb1a8ef22efb0572e1d5333b85db2aa66919e98e

Этот хеш нам тоже надо перевести в кодировку Base64 и затем присоединить к уже имеющейся строке из заголовка и данных: eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJ1c2VyX2lkIjogMTIzNDU2fQ.4Ka0ipYe4/x-s4r82xqO8i77BXLh1TM7hdsqpmkZ6Y4 — это и есть наш токен. Можно пользоваться!

WWW

Подробнее про стандарт JWT можно почитать на сайте организации RFC, а про реализацию для своего любимого языка — на сайте jwt.io.

Заключение

Теперь ты знаешь, что происходит каждый день, когда ты открываешь браузер и заходишь в какой-нибудь веб-сервис. Понимая, как это работает, ты сможешь лучше защитить свои данные, а возможно, даже решишь применить какой-то из этих методов в своих разработках.