TOTP算法生成不一致OTP的根源与修正：深入理解截断哈希处理

import hmac
import hashlib
import struct
import time
import base64

def generate_totp(secret, time_step=30, digits=6, current_time=None):
    if current_time is None:
        current_time = int(time.time())

    current_time //= time_step
    time_bytes = struct.pack('>Q', current_time)

    secret = base64.b32decode(secret, casefold=True)
    hmac_result = hmac.new(secret, time_bytes, hashlib.sha1).digest()
    offset = hmac_result[-1] & 0xF
    truncated_hash = hmac_result[offset : offset + 4]

    # 问题所在：这里直接解包，如果truncated_hash的第一个字节最高位为1，可能导致问题
    otp = struct.unpack('>I', truncated_hash)[0] 

    otp = otp % (10 ** digits)

    otp_str = str(otp).zfill(digits)

    return otp_str, current_time

# ... (其他代码省略)

    # ... (前面的代码不变)

    otp = struct.unpack('>I', truncated_hash)[0]

    # 关键修正：通过位掩码清除最高有效位，确保结果为31位正整数
    otp = otp & 0x7fffffff   

    otp = otp % (10 ** digits)
    otp_str = str(otp).zfill(digits)

    # ... (后面的代码不变)

import hmac
import hashlib
import struct
import time
import base64

def generate_totp(secret, time_step=30, digits=6, current_time=None):
    """
    生成基于时间的一次性密码 (TOTP)。

    Args:
        secret (str): Base32编码的共享密钥。
        time_step (int): 时间步长，默认为30秒。
        digits (int): OTP的位数，默认为6位。
        current_time (int, optional): 当前时间戳（Unix时间）。如果为None，则使用当前系统时间。

    Returns:
        tuple: (生成的OTP字符串, 计算OTP时使用的时间步计数器)
    """
    if current_time is None:
        current_time = int(time.time())

    # 计算当前时间步计数器
    current_time //= time_step
    # 将时间步计数器打包为8字节大端无符号长整型
    time_bytes = struct.pack('>Q', current_time)

    # 解码Base32密钥
    secret_bytes = base64.b32decode(secret, casefold=True)

    # 使用HMAC-SHA1计算哈希值
    hmac_result = hmac.new(secret_bytes, time_bytes, hashlib.sha1).digest()

    # 动态截断：根据HMAC结果的最后一个字节的低4位获取偏移量
    offset = hmac_result[-1] & 0xF
    # 从偏移量处截取4个字节
    truncated_hash = hmac_result[offset : offset + 4]

    # 将截取的4字节解包为32位无符号整数
    otp = struct.unpack('>I', truncated_hash)[0]

    # 关键修正：清除最高有效位（MSB），确保结果为31位正整数
    # 0x7fffffff = 0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
    otp = otp & 0x7fffffff   

    # 对结果取模，得到指定位数的OTP
    otp = otp % (10 ** digits)

    # 将OTP转换为字符串，并在前面补零至指定位数
    otp_str = str(otp).zfill(digits)

    return otp_str, current_time

def get_time_until_next_step(time_step=30):
    """
    计算距离下一个时间步开始还有多少秒。
    """
    current_time = int(time.time())
    return time_step - (current_time % time_step)

# 示例用法：
if __name__ == "__main__":
    # 请替换为你的实际Base32编码密钥
    # 例如，Google Authenticator密钥通常是Base32编码的
    secret_key = "2FASTEST" # 这是一个示例密钥，实际应用中应更复杂且保密

    print("开始生成TOTP...")
    print(f"密钥: {secret_key}")
    print(f"时间步长: 30秒")
    print(f"OTP位数: 6位")

    while True:
        wait_time = get_time_until_next_step()
        print(f"\n等待 {wait_time} 秒直到下一个时间步...")
        time.sleep(wait_time)

        # 每次生成时都获取最新的系统时间
        current_totp, time_counter = generate_totp(secret_key, current_time=int(time.time()))
        print(f"时间步计数器: {time_counter}")
        print(f"生成的TOTP: {current_totp}")