Python实现双因素验证2FA的示例代码

首先我们需要明确双因素验证的概念和作用。双因素验证（Two-Factor Authentication，2FA）是指验证用户身份的时候，除了要求用户提供用户名和密码之外，还需要第二个认证因素，例如卡片、手机、指纹等。

在Python中实现2FA需要使用第三方模块OTP（One-Time Password），它提供了基于HOTP（HMAC-based One-Time Password）和TOTP（Time-based One-Time Password）的实现。

下面是实现2FA的完整攻略：

第一步：安装OTP模块

使用pip命令安装OTP模块：

pip install pyotp

第二步：生成2FA密钥

使用OTP模块生成2FA密钥，该密钥将用于生成认证码。可以使用HOTP或TOTP算法生成2FA密钥，这里我们选用Totp算法来生成2FA密钥，示例如下：

import pyotp

totp = pyotp.TOTP('JBSWY3DPEHPK3PXP')
print(totp.now())

运行以上代码，输出的totp.now()即为生成的2FA密钥。

第三步：生成6位认证码

使用TOTP算法和2FA密钥，每次生成一个6位数的认证码，该认证码在30秒内有效。示例如下：

import pyotp

totp = pyotp.TOTP('JBSWY3DPEHPK3PXP')

# 获取当前时间戳
current_time = int(time.time())

# 获取时间戳对应的认证码
auth_code = totp.at(current_time)
print(auth_code)

以上代码中，totp.at(current_time)方法返回的auth_code就是当前6位认证码。

示例说明1：使用Flask实现2FA登录

在此示例中，我们将使用Flask框架，实现一个简单的2FA登录功能。该示例中，我们将使用session会话存储获取的2FA密钥以及用户账户和密码，并在每次登录时，进行2FA认证。

首先是Flask路由的实现代码：

from flask import Flask, request, render_template, session
import pyotp

app = Flask(__name__)
app.secret_key = '123456'

@app.route('/', methods=['GET', 'POST'])
def login2fa():
    if request.method == 'POST':
        # 获取用户账户和密码
        username = request.form['username']
        password = request.form['password']

        # 获取2FA密钥
        totp = pyotp.TOTP(session['2fa_key'])

        # 验证账户和密码
        if username == 'admin' and password == '123456':
            # 获取当前时间戳
            current_time = int(time.time())
            auth_code = request.form['auth_code']

            # 验证认证码
            if totp.verify(auth_code, current_time):
                return 'login success'
            else:
                return 'login failed'
        else:
            return 'login failed'
    else:
        # 生成2FA密钥
        totp = pyotp.TOTP(pyotp.random_base32())
        session['2fa_key'] = totp.secret

        return render_template('login2fa.html')

在上述代码中，session['2fa_key']用于存储生成的2FA密钥，pyotp.TOTP(session['2fa_key'])用于获取2FA密钥，totp.verify(auth_code, current_time)用于验证认证码。需要注意的是，pyotp.random_base32()方法用于生成32位的随机密钥，建议使用该方法生成2FA密钥。

然后是Flask模板的实现代码，即login2fa.html文件：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>2FA login</title>
</head>
<body>
    <form action="/" method="post">
        <label>username:</label><input type="text" name="username"><br>
        <label>password:</label><input type="password" name="password"><br>
        <label>auth code:</label><input type="text" name="auth_code"><br>
        <input type="submit" value="login">
    </form>
</body>
</html>

运行Flask应用程序，即可通过http://localhost:5000/进入2FA登录页面。

示例说明2：使用Django实现2FA登录

在此示例中，我们将使用Django框架，实现一个简单的2FA登录功能。该示例中，我们将使用session会话存储获取的2FA密钥以及用户账户和密码，并在每次登录时，进行2FA认证。

首先是Django视图函数的实现代码：

from django.shortcuts import render, redirect
from django.contrib import messages
from django.contrib.auth import authenticate, login, logout
import pyotp

def login_view(request):
    if request.method == 'POST':
        # 获取用户账户和密码
        username = request.POST['username']
        password = request.POST['password']

        # 获取2FA密钥
        totp = pyotp.TOTP(request.session['2fa_key'])

        # 验证账户和密码
        user = authenticate(request, username=username, password=password)
        if user is not None:
            # 获取当前时间戳
            current_time = int(time.time())
            auth_code = request.POST['auth_code']

            # 验证认证码
            if totp.verify(auth_code, current_time):
                login(request, user)
                messages.success(request, 'login success')
                return redirect('home')
            else:
                messages.error(request, 'Invalid auth code')
        else:
            messages.error(request, 'Invalid username or password')

    # 生成2FA密钥
    totp = pyotp.TOTP(pyotp.random_base32())
    request.session['2fa_key'] = totp.secret

    return render(request, 'login.html')

在上述代码中，request.session['2fa_key']用于存储生成的2FA密钥，pyotp.TOTP(request.session['2fa_key'])用于获取2FA密钥，totp.verify(auth_code, current_time)用于验证认证码。需要注意的是，pyotp.random_base32()方法用于生成32位的随机密钥，建议使用该方法生成2FA密钥。

然后是Django模板的实现代码，即login2fa.html文件：

{% extends 'base.html' %}

{% block content %}
    <form method="post">
        {% csrf_token %}
        <label>username:</label><input type="text" name="username"><br>
        <label>password:</label><input type="password" name="password"><br>
        <label>auth code:</label><input type="text" name="auth_code"><br>
        <input type="submit" value="login">
    </form>
{% endblock %}

运行Django应用程序，即可通过http://localhost:8000/login/进入2FA登录页面。

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