服务器端通行密钥身份验证

注意： 本文是服务器端通行密钥实现系列文章中的一篇。阅读本系列中的其他文章：服务器端通行密钥实现简介和服务器端通行密钥注册。
本文重点介绍服务器端功能。如需了解完整的通行密钥身份验证流程（包括客户端步骤），请参阅使用通行密钥登录（对于 Web）或使用 Credential Manager 登录（对于 Android 应用）。

概览

下面简要介绍了通行密钥身份验证所涉及的关键步骤：

• 指定使用通行密钥进行身份验证所需的质询和其他选项。将它们发送给客户端，以便您将其传递给通行密钥身份验证调用（网站上为 navigator.credentials.get）。用户确认通行密钥身份验证后，系统会解析通行密钥身份验证调用，并返回凭据 (PublicKeyCredential)。凭据包含身份验证断言。

。

关键术语： 身份验证断言是一段数据，其中包含已签名的质询，以及作为 RP 对用户进行身份验证所需的其他信息。

• 验证身份验证断言。
• 如果身份验证断言有效，请对用户进行身份验证。

以下部分详细介绍了每个步骤。

<ph type="x-smartling-placeholder">

</ph> 注意： 虽然您可以从头开始实现服务器端通行密钥功能，但我们建议您改用库。

在本文的示例中，我们将演示如何使用名为 SimpleWebAuthn 的 JavaScript 和 TypeScript FIDO 服务器端库。
虽然具体服务器端实现可能会因所选堆栈而略有不同，但核心概念和关键步骤是一致的。如需获得详细指导，请参阅您首选的库对应的文档。

创建挑战

关键术语： 质询是一段数据，用于保护用户免受重放攻击。收到质询后，通行密钥提供程序会对其签名，以便在发出身份验证请求时证明用户持有该通行密钥。如果攻击者拦截某个身份验证请求，并尝试重放该请求以代替用户进行身份验证，请求会失败，因为服务器会检测到质询不匹配。

在实践中，挑战是随机字节数组，表示为 ArrayBuffer 对象。

// Example challenge, base64URL-encoded
weMLPOSx1VfSnMV6uPwDKbjGdKRMaUDGxeDEUTT5VN8

重要提示 ：您可以依靠 FIDO 服务器端库来创建验证。在 SimpleWebAuthn 中，验证是在 generateAuthenticationOptions 中进行的。如需了解详情，请参阅创建凭据请求选项。出于预防考虑，SimpleWebAuthn 使用 32 字节的验证，这比建议采用 16 字节的验证更安全。

为确保挑战实现其目标，您必须：

1. 确保相同的验证绝不重复使用。每次尝试登录时都生成新的质询。每次尝试登录后都舍弃该质询，无论登录成功与否。达到一定时长后也舍弃该质询。切勿在响应中多次接受相同的质询。
2. 确保验证具有加密安全性。真正的挑战应该是几乎无法猜测出来的。如需在服务器端创建加密安全的验证服务，最好依赖您信任的 FIDO 服务器端库。如果您自行创建验证，请使用您的技术栈中提供的内置加密功能，或查找专为加密用例设计的库。示例包括 Node.js 中的 iso-crypto 或 Python 中的 secrets。根据规范，质询的长度必须至少为 16 个字节，才会被视为安全。

创建验证后，请将其保存到用户的会话中，供日后验证。

创建凭据请求选项

以 publicKeyCredentialRequestOptions 对象的形式创建凭据请求选项。

为此，依赖于 FIDO 服务器端库。它通常会提供一个实用函数，可为您创建这些选项。例如，SimpleWebAuthn 会提供 generateAuthenticationOptions。

publicKeyCredentialRequestOptions 应包含通行密钥身份验证所需的所有信息。将这些信息传递给 FIDO 服务器端库中负责创建 publicKeyCredentialRequestOptions 对象的函数。

注意 ：在本文中，我们重点介绍需要服务器端工作的 publicKeyCredentialRequestOptions 字段。如需详细了解所有字段，请参阅使用通行密钥登录。

部分publicKeyCredentialRequestOptions'字段可以是常量。其他的 ID 应在服务器上动态定义：

• rpId：您希望凭据与哪个 RP ID 相关联，例如 example.com。仅当您在此处提供的 RP ID 与凭据关联的 RP ID 匹配时，身份验证才会成功。如需填充 RP ID，请使用与您在凭据注册期间在 publicKeyCredentialCreationOptions 中设置的 RP ID 相同的值。
• challenge：在收到身份验证请求时，通行密钥提供程序将签署以证明用户持有通行密钥的一段数据。在创建挑战中查看详细信息。
• allowCredentials：此身份验证可接受的一组凭据。传递一个空数组，即可让用户从浏览器显示的列表中选择可用的通行密钥。如需了解详情，请参阅从 RP 服务器提取质询和深入探究可发现凭据。
• userVerification：用于指明使用设备屏幕锁定功能进行用户验证是“必需”还是“首选”或“不建议”。查看从 RP 服务器提取质询。
• timeout：用户完成身份验证需要多长时间（以毫秒为单位）。它应该相当宽松，并且比 challenge 的生命周期短。建议的默认值为 5 分钟，但您可以增加此值（最多 10 分钟），该值仍在建议的范围内。如果您希望用户使用混合工作流程（通常需要更长的时间），则可以设置较长的超时。如果操作超时，系统会抛出 NotAllowedError。

创建 publicKeyCredentialRequestOptions 后，将其发送给客户端。

<ph type="x-smartling-placeholder">

</ph>

服务器发送的选项。challenge 解码在客户端进行。

示例代码：创建凭据请求选项

我们在示例中使用了 SimpleWebAuthn 库。在这里，我们将凭据请求选项的创建移交给其 generateAuthenticationOptions 函数。

注意 ：创建 challenge 等操作是抽象的，位于 SimpleWebAuthn 的代码中。如果您想知道，请查看 SimpleWebAuthn 的 generateAuthenticationOptions 源代码。

import {
  generateRegistrationOptions,
  verifyRegistrationResponse,
  generateAuthenticationOptions,
  verifyAuthenticationResponse
} from '@simplewebauthn/server';

router.post('/signinRequest', csrfCheck, async (req, res) => {

  // Ensure you nest calls in try/catch blocks.
  // If something fails, throw an error with a descriptive error message.
  // Return that message with an appropriate error code to the client.
  try {
    // Use the generateAuthenticationOptions function from SimpleWebAuthn
    const options = await generateAuthenticationOptions({
      rpID: process.env.HOSTNAME,
      allowCredentials: [],
    });
    // Save the challenge in the user session
    req.session.challenge = options.challenge;

    return res.json(options);
  } catch (e) {
    console.error(e);
    return res.status(400).json({ error: e.message });
  }
});

验证用户并登录

当 navigator.credentials.get 在客户端上成功解析后，它会返回 PublicKeyCredential 对象。

<ph type="x-smartling-placeholder">

</ph>

navigator.credentials.get 会返回 PublicKeyCredential。

response 是一个 AuthenticatorAssertionResponse。它表示通行密钥提供程序对客户端指令的响应，即创建尝试使用 RP 中的通行密钥进行身份验证所需的内容。其中包含：

• response.authenticatorData和response.clientDataJSON，例如在通行密钥注册步骤中。
• response.signature，其中包含针对这些值的签名。

将 PublicKeyCredential 对象发送到服务器。

注意 ：PublicKeyCredential 对象包含 ArrayBuffer 字段，因此 JSON.stringify() 不支持这些字段。您必须先使用 base64URL 手动对这些文件进行编码，然后才能通过 HTTPS 将它们发送到服务器。

在服务器上，执行以下操作：

<ph type="x-smartling-placeholder">

</ph>

建议的数据库架构。如需详细了解此设计，请参阅服务器端通行密钥注册。

• 收集验证断言和对用户进行身份验证所需的信息： <ph type="x-smartling-placeholder">
  </ph>
  • 获取您在生成身份验证选项时存储在会话中的预期验证码。
  • 获取预期的 origin 和 RP ID。
  • 在数据库中查找用户。对于可检测到的凭据，您不知道发出身份验证请求的用户是谁。为此，您有两种选择： <ph type="x-smartling-placeholder">
    </ph>
    • 选项 1：在 PublicKeyCredential 对象中使用 response.userHandle。在 Users 表中，查找与 userHandle 匹配的 passkey_user_id。
    • 选项 2：使用 PublicKeyCredential 对象中存在的凭据 id。在 Public key credentials 表中，查找与 PublicKeyCredential 对象中的凭据 id 匹配的凭据 id。然后使用 Users 表的外键 passkey_user_id 查找相应的用户。
  • 在您的数据库中查找与您收到的身份验证断言匹配的公钥凭据信息。为此，请在 Public key credentials 表中查找与 PublicKeyCredential 对象中存在的凭据 id 匹配的凭据 id。

• 验证身份验证断言。将此验证步骤移交给您的 FIDO 服务器端库，该库通常会提供用于此目的的实用函数。例如，SimpleWebAuthn 会提供 verifyAuthenticationResponse。请参阅附录：身份验证响应验证，了解后台发生的情况。

• 无论验证成功与否，删除质询，以防止重放攻击。

• 登录用户。如果验证成功，请更新会话信息以将用户标记为已登录。您可能还需要向客户端返回 user 对象，以便前端可以使用与新登录用户相关的信息。

示例代码：验证并登录用户

我们在示例中使用了 SimpleWebAuthn 库。在这里，我们将身份验证响应的验证工作移交给其 verifyAuthenticationResponse 函数。

注意 ：SimpleWebAuthn 依赖于 SubtleCrypto 接口的 verify() 方法。SubtleCrypto 是 Web Crypto API 的一个接口，提供低层级加密功能。

import {
  generateRegistrationOptions,
  verifyRegistrationResponse,
  generateAuthenticationOptions,
  verifyAuthenticationResponse
} from '@simplewebauthn/server';
import { isoBase64URL } from '@simplewebauthn/server/helpers';

router.post('/signinResponse', csrfCheck, async (req, res) => {
  const response = req.body;
  const expectedChallenge = req.session.challenge;
  const expectedOrigin = getOrigin(req.get('User-Agent'));
  const expectedRPID = process.env.HOSTNAME;

  // Ensure you nest verification function calls in try/catch blocks.
  // If something fails, throw an error with a descriptive error message.
  // Return that message with an appropriate error code to the client.
  try {
    // Find the credential stored to the database by the credential ID
    const cred = Credentials.findById(response.id);
    if (!cred) {
      throw new Error('Credential not found.');
    }
    // Find the user - Here alternatively we could look up the user directly
    // in the Users table via userHandle
    const user = Users.findByPasskeyUserId(cred.passkey_user_id);
    if (!user) {
      throw new Error('User not found.');
    }
    // Base64URL decode some values
    const authenticator = {
      credentialPublicKey: isoBase64URL.toBuffer(cred.publicKey),
      credentialID: isoBase64URL.toBuffer(cred.id),
      transports: cred.transports,
    };

    // Verify the credential
    const { verified, authenticationInfo } = await verifyAuthenticationResponse({
      response,
      expectedChallenge,
      expectedOrigin,
      expectedRPID,
      authenticator,
      requireUserVerification: false,
    });

    if (!verified) {
      throw new Error('User verification failed.');
    }

    // Kill the challenge for this session.
    delete req.session.challenge;

    req.session.username = user.username;
    req.session['signed-in'] = 'yes';

    return res.json(user);
  } catch (e) {
    delete req.session.challenge;

    console.error(e);
    return res.status(400).json({ error: e.message });
  }
});

附录：验证身份验证响应

验证身份验证响应包括以下检查：

• 确保 RP ID 与您的网站一致。
• 确保请求的来源与您网站的登录来源一致。对于 Android 应用，请查看验证来源。
• 检查设备是否能够提供您设定的挑战。
• 验证在身份验证期间，用户是否遵守了您作为 RP 的要求。如果您要求进行用户验证，请确保 authenticatorData 中的 uv（用户已验证）标志为 true。检查 authenticatorData 中的 up（用户存在）标志是否为 true，因为通行密钥始终需要用户存在。
• 验证签名。如需验证签名，您需要： <ph type="x-smartling-placeholder">
  </ph>
  • 签名（即已签名的验证）：response.signature
  • 公钥，用于验证签名。
  • 原始签名数据。这是需要验证其签名的数据。
  • 用于创建签名的加密算法。

。

注意： 您经常会了解到，通行密钥提供程序会签署 challenge 以证明用户持有通行密钥。这是一种简化。实际上，身份验证器签名的内容是 authenticatorData 的串联，以及包含质询的 clientDataJSON 哈希的串联。

如需详细了解这些步骤，请查看 SimpleWebAuthn 的 verifyAuthenticationResponse 源代码，或深入了解规范中的完整验证列表。