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WebAuthn實(shí)現(xiàn)瀏覽器無(wú)密碼登錄

文章

2021-06-08瀏覽次數(shù)：197

根據(jù)Verizon《2019數(shù)據(jù)泄露調(diào)查報(bào)告》顯示，超過(guò)80%的數(shù)據(jù)泄露都利用了被盜密碼或者是弱密碼，因此，近年來(lái)，微軟和谷歌一直在積極推動(dòng)無(wú)密碼身份驗(yàn)證，無(wú)密碼身份驗(yàn)證技術(shù)在未來(lái)幾年可能變得更為普遍。

 

 

什么是WebAuthn

 

WebAuthn（Web 身份驗(yàn)證）是由萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)盟（W3C）發(fā)布的 Web 標(biāo)準(zhǔn)。WebAuthn 是 FIDO 聯(lián)盟指導(dǎo)下的 FIDO2 項(xiàng)目的核心組成部分。該項(xiàng)目的目標(biāo)是標(biāo)準(zhǔn)化用戶對(duì)基于 Web 的應(yīng)用程序和服務(wù)的公鑰認(rèn)證的接口。

 

WebAuthn全稱Web Authentication API 使用asymmetric (public-key) cryptography (不對(duì)稱加密)替代密碼或SMS文本在網(wǎng)站上注冊(cè)、驗(yàn)證， second-factor authentication(雙因素驗(yàn)證)解決了phishing(釣魚(yú))、data breaches(數(shù)據(jù)破壞)、SMS 文本攻擊及其它雙因素驗(yàn)證等重大安全問(wèn)題。同時(shí)顯著提高易用性(因?yàn)橛脩舨槐毓芾碓S多越來(lái)越復(fù)雜的密碼)。

 

WebAuthn支持的生物驗(yàn)證方式包括：筆記本電腦的指紋識(shí)別和面部識(shí)別、安卓設(shè)備的指紋識(shí)別。追求高安全的用戶還可額外購(gòu)買(mǎi)兼容FIDO的實(shí)體安全密鑰，F(xiàn)IDO完整支持包括：指紋識(shí)別、面部識(shí)別、虹膜識(shí)別、聲音識(shí)別、實(shí)體密鑰（USB連接、藍(lán)牙連接、NFC連接），支持設(shè)備系統(tǒng)包括：Windows 10、Linux、Mac OS、Android、iOS、智能手表等。

 

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支持系統(tǒng)和瀏覽器包括：

 

Windows：Edge,Firefox,Chrome;

Linux ：Firefox,Chrome;

MacOS ：Safari,Firefox,Chrome;

Android：Firefox,Chrome;

iOS ：Brave,Firefox,Chrome;

Windows上的Microsoft Edge，使用Windows Hello（帶面部識(shí)別，指紋識(shí)別器或PIN） MacOS上的Chrome使用Touch ID指紋識(shí)別器 Android上的Chrome，使用指紋識(shí)別器。

 

 

WebAuthn的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)

 

WebAuthn用公鑰證書(shū)代替了密碼，完成用戶的注冊(cè)和身份認(rèn)證（登錄）。它更像是現(xiàn)有身份認(rèn)證的增強(qiáng)或補(bǔ)充。為了保證通信數(shù)據(jù)安全，一般基于HTTPS（TLS）通信。在這個(gè)過(guò)程中，有4個(gè)模塊。

 

  Server（服務(wù)端）：

 

它可以被認(rèn)為是一個(gè)依賴方（Relying Party），它會(huì)存儲(chǔ)用戶的公鑰并負(fù)責(zé)用戶的注冊(cè)、認(rèn)證。

 

  JavaScript（Js腳本）：

 

調(diào)用瀏覽器API，與Server進(jìn)行通信，發(fā)起注冊(cè)或認(rèn)證過(guò)程。

 

  Browser（瀏覽器）：

 

需要包含WebAuthn的Credential Management API提供給js調(diào)用，還需要實(shí)現(xiàn)與認(rèn)證模塊進(jìn)行通信，由瀏覽器統(tǒng)一封裝硬件設(shè)備的交互。

 

 Authenticator（認(rèn)證模塊）：

 

它能夠創(chuàng)建、存儲(chǔ)、檢索身份憑證。它一般是個(gè)硬件設(shè)備（智能卡、USB，NFC等），也可能已經(jīng)集成到了你的操作系統(tǒng)（比如Windows Hello，MacOS的Touch ID等）。

 

 

注冊(cè)流程

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應(yīng)用請(qǐng)求注冊(cè)

應(yīng)用程序發(fā)出注冊(cè)請(qǐng)求，服務(wù)端提供api由前端js調(diào)用發(fā)起注冊(cè)請(qǐng)求；

服務(wù)端返回注冊(cè)數(shù)據(jù)

服務(wù)器將挑戰(zhàn)碼、用戶信息和依賴方信息發(fā)送回應(yīng)用程序；

challenge：挑戰(zhàn)碼必須是隨機(jī)的 buffer（至少 16 字節(jié)），并且必須在服務(wù)器上生成以確保安全；

user info：用戶信息，服務(wù)端需要知道當(dāng)前誰(shuí)來(lái)注冊(cè)，正常應(yīng)用場(chǎng)景中，第一步需要在其他輔助認(rèn)證的情況下獲取當(dāng)前合法用戶信息，比如第一步傳輸靜態(tài)用戶名密碼來(lái)做一次校驗(yàn)，服務(wù)器認(rèn)可當(dāng)前是一個(gè)合法用戶請(qǐng)求注冊(cè)；

relying party info：服務(wù)端上下文，包含Authenticator Attestation Response中的 Public Key Credential。

瀏覽器調(diào)用認(rèn)證器

請(qǐng)求認(rèn)證器創(chuàng)建認(rèn)證證書(shū)，瀏覽器生成客戶端數(shù)據(jù)（client Data）生成client Data Hash（由挑戰(zhàn)碼，服務(wù)端上下文 的 SHA-256 哈希）傳輸給認(rèn)證器。

認(rèn)證器創(chuàng)建密鑰對(duì)

認(rèn)證器通常會(huì)以某種形式要求用戶確認(rèn)密鑰器的所屬，如輸入 PIN、使用指紋、進(jìn)行虹膜掃描等，以證明用戶在場(chǎng)并同意注冊(cè)。驗(yàn)證通過(guò)后，認(rèn)證器將創(chuàng)建一個(gè)新的非對(duì)稱密鑰對(duì)，并安全地存儲(chǔ)私鑰以供將來(lái)驗(yàn)證使用。公鑰則將成為證明的一部分，被在制作過(guò)程中燒錄于認(rèn)證器內(nèi)的私鑰進(jìn)行簽名。這個(gè)私鑰會(huì)具有可以被驗(yàn)證的證書(shū)鏈。

認(rèn)證器數(shù)據(jù)返回瀏覽器

返回?cái)?shù)據(jù)包括新的公鑰、全局唯一的憑證ID和認(rèn)證憑證數(shù)據(jù)（Attestation object l包含F(xiàn)IDO的元數(shù)據(jù)）會(huì)被返回到瀏覽器。

瀏覽器打包數(shù)據(jù)，發(fā)送到服務(wù)端

包含公鑰，全局唯一的憑證ID、認(rèn)證憑證數(shù)據(jù)、客戶端數(shù)據(jù)（client Data）；其中認(rèn)證憑證數(shù)據(jù)包含了client Data Hash，可以確定當(dāng)前生成的公鑰是分配給當(dāng)前請(qǐng)求注冊(cè)的用戶。

服務(wù)端完成注冊(cè)

收到客戶端發(fā)送的注冊(cè)請(qǐng)求，服務(wù)器需要執(zhí)行一系列檢查以確保注冊(cè)完成且數(shù)據(jù)未被篡改。步驟包括：

a.驗(yàn)證接收到的挑戰(zhàn)與發(fā)送的挑戰(zhàn)相同；

b.確保 origin 與預(yù)期的一致；

c.使用對(duì)應(yīng)認(rèn)證器型號(hào)的證書(shū)鏈驗(yàn)證 client Data Hash 的簽名和驗(yàn)簽；

驗(yàn)證步驟的完整列表可以在 WebAuthn 規(guī)范中找到。一旦驗(yàn)證成功，服務(wù)器將會(huì)把新的公鑰與用戶帳戶相關(guān)聯(lián)以供將來(lái)用戶希望使用公鑰進(jìn)行身份驗(yàn)證時(shí)使用。

 

認(rèn)證流程

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應(yīng)用請(qǐng)求認(rèn)證

應(yīng)用程序發(fā)出注冊(cè)請(qǐng)求，服務(wù)端提供api由前端js調(diào)用發(fā)起注冊(cè)請(qǐng)求；

服務(wù)端返回挑戰(zhàn)碼

挑戰(zhàn)碼必須是隨機(jī)信息（例如超過(guò)100字節(jié)）的大緩沖區(qū)，并且必須在服務(wù)器上生成挑戰(zhàn)碼，以確保身份驗(yàn)證過(guò)程的安全。

瀏覽器調(diào)用認(rèn)證器

瀏覽器生成客戶端數(shù)據(jù)（client Data）生成client Data Hash（由挑戰(zhàn)碼，服務(wù)端上下文 的 SHA-256 哈希）傳輸給認(rèn)證器。

認(rèn)證器創(chuàng)建斷言

認(rèn)證器提示用戶進(jìn)行身份認(rèn)證（如輸入 PIN、使用指紋、進(jìn)行虹膜掃描等），并通過(guò)在注冊(cè)時(shí)保存的私鑰對(duì)client Data Hash和認(rèn)證數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名創(chuàng)建斷言。

認(rèn)證器數(shù)據(jù)返回瀏覽器

返回認(rèn)證數(shù)據(jù)和簽名到瀏覽器。

瀏覽器打包數(shù)據(jù)，發(fā)送到服務(wù)端

包含客戶端數(shù)據(jù)（client Data）、認(rèn)證數(shù)據(jù)和簽名到瀏覽器。

服務(wù)端完成注冊(cè)

收到瀏覽器發(fā)送的認(rèn)證請(qǐng)求，服務(wù)器需要執(zhí)行一系列檢查以確保認(rèn)證完成且數(shù)據(jù)未被篡改，步驟包括：

a.使用注冊(cè)請(qǐng)求期間存儲(chǔ)的公鑰驗(yàn)證身份驗(yàn)證者的簽名。

b.確保由身份驗(yàn)證程序簽名的挑戰(zhàn)碼與服務(wù)器生成的挑戰(zhàn)碼匹配。

c.檢查賬號(hào)信息，是否是服務(wù)端的存在的賬號(hào)。

在WebAuthn規(guī)范中可以找到驗(yàn)證斷言的完整步驟列表。假設(shè)驗(yàn)證成功，服務(wù)器將注意到用戶現(xiàn)在已通過(guò)身份驗(yàn)證。這超出了WebAuthn規(guī)范的范圍，但有一個(gè)選項(xiàng)是為用戶會(huì)話刪除一個(gè)新的cookie。

 

 

WebAuthn的應(yīng)用場(chǎng)景

 

WebAuthn提供了一個(gè)安全的無(wú)密碼認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，徹底拋棄了密碼，并且統(tǒng)一由操作系統(tǒng)完成安全硬件設(shè)備和生物特征識(shí)別的集成及管理，瀏覽器調(diào)用操作系統(tǒng)進(jìn)行提供的能力形成認(rèn)證器，應(yīng)用開(kāi)發(fā)者按標(biāo)準(zhǔn)與瀏覽集成即可完成FIDO認(rèn)證，無(wú)需關(guān)心硬件設(shè)備的兼容和生物特征的算法，使得應(yīng)用開(kāi)發(fā)者集成FIDO認(rèn)證拋棄密碼更加容易和安全。

 

  場(chǎng)景一：集成Windows hello認(rèn)證

 

Win10系統(tǒng)的Windows hello模塊，本身可以集成人臉、指紋、pin碼等認(rèn)證方式，在windows上運(yùn)行的web應(yīng)用注冊(cè)或認(rèn)證時(shí)可以通過(guò)瀏覽器直接與windows hello集成獲取用戶身份憑證進(jìn)行認(rèn)證；

 

  場(chǎng)景二：集成MacOS Touch ID認(rèn)證

 

MacBook系統(tǒng)自帶Touch ID集成指紋認(rèn)證，瀏覽器通過(guò)接口可以直接喚醒mac的Touch ID進(jìn)行認(rèn)證；支持Webauthn的web應(yīng)用可以直接使用TouchID進(jìn)行登錄；

 

  場(chǎng)景三：集成Android指紋認(rèn)證

 

 

由于Android系統(tǒng)廠商的異構(gòu)，不同手機(jī)廠商會(huì)有不同的人臉識(shí)別或指紋識(shí)別模塊，通過(guò)Webauthn由系統(tǒng)層面封裝了與生物設(shè)備對(duì)接，應(yīng)用系統(tǒng)就無(wú)需關(guān)心Android系統(tǒng)的異構(gòu)行，直接使用手機(jī)的生物認(rèn)證登錄；

 

  場(chǎng)景四：集成iOS人臉認(rèn)證

 

 

iPhone系統(tǒng)自帶Face ID集成人臉認(rèn)證，瀏覽器通過(guò)接口可以直接喚醒Face ID進(jìn)行認(rèn)證；支持Webauthn的web應(yīng)用可以直接使用Face ID進(jìn)行登錄；

 

  場(chǎng)景五：使用YubiKey認(rèn)證

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YubiKey是一個(gè)外置的ukey存儲(chǔ)用戶私鑰來(lái)進(jìn)行webauthn認(rèn)證，其可以同時(shí)支持pc和移動(dòng)app；pc模式下通過(guò)usb接口訪問(wèn)，移動(dòng)app模式下通過(guò)nfc訪問(wèn)。

 

 

WebAuthn存在的缺點(diǎn)

 

WebAuthn依賴于瀏覽器與認(rèn)證模塊通訊，那么必須使用最新的瀏覽方可支持。在無(wú)瀏覽器情況下如CS應(yīng)用或移動(dòng)APP無(wú)法簡(jiǎn)便的使用；

 

WebAuthn設(shè)計(jì)的目標(biāo)是解決認(rèn)證，用戶一旦通過(guò)認(rèn)證，就可以訪問(wèn)所有資源，在零信任架構(gòu)中不能允許一次認(rèn)證永久使用的場(chǎng)景存在。

 

 

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Gartner的分析師Ant Allan最近通過(guò)無(wú)密碼認(rèn)證的研究預(yù)測(cè)，到2022年，預(yù)計(jì)將有60%的大型和全球企業(yè)以及90%的中型企業(yè)將在50%以上的用例中實(shí)現(xiàn)無(wú)密碼認(rèn)證。