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本文详细介绍UKEY双因子认证的完整对接方案，从初始化到验证的全流程实现，确保系统安全性和用户体验的平衡。

🎯 方案概述

UKEY双因子认证是一种基于硬件设备的安全认证方案，通过"你知道的（密码）+ 你拥有的（UKEY）"双重验证，大幅提升系统安全性。

核心目标：实现安全可靠的双因子认证，防止账户被恶意访问

🚀 实施流程

UKEY对接完整流程

  1. 初始化UKEY

准备阶段：硬件设备初始化和基础配置

  • 插入UKEY设备
  • 完成硬件初始化
  • 生成密钥对
  1. 用户绑定

绑定阶段：建立用户与UKEY设备的关联关系

  • 前端打开Web助手
  • 获取设备标识、公钥、证书
  • 存储绑定信息到数据库
  1. 安全配置

配置阶段：系统管理员开启双因子认证

  • 重要前提：管理员必须先绑定UKEY
  • 开启双因子认证配置
  • 设置认证策略
  1. 用户认证

认证阶段：用户登录时的双因子验证

  • 账密登录验证
  • PIN码输入验证
  • 数字签名验证

🔧 详细实施步骤

1️⃣ UKEY初始化

前置条件：确保UKEY设备驱动已正确安装，Web助手程序正常运行。

插入UKEY设备到USB端口

确认设备被系统识别

启动Web助手程序

验证设备通信正常

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// Web助手初始化示例
function initializeUKey() {
    try {
        // 检测UKEY设备
        const devices = await webHelper.detectDevices();
        if (devices.length === 0) {
            throw new Error('未检测到UKEY设备');
        }

        // 初始化设备
        const result = await webHelper.initialize(devices[0]);
        return result;
    } catch (error) {
        console.error('UKEY初始化失败:', error);
        throw error;
    }
}

2️⃣ 用户绑定流程

绑定目标：通过硬件设备标识、公钥、证书建立用户与UKEY的关联关系。

🤔 数据存储设计

推荐方案：创建独立的用户UKEY绑定表

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CREATE TABLE user_ukey_binding (
    id BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    user_id BIGINT NOT NULL COMMENT '用户ID',
    device_id VARCHAR(255) NOT NULL COMMENT '硬件设备标识',
    public_key TEXT NOT NULL COMMENT '公钥',
    certificate TEXT COMMENT '证书信息',
    bind_time DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '绑定时间',
    status TINYINT DEFAULT 1 COMMENT '状态：1-正常，0-禁用',
    UNIQUE KEY uk_user_device (user_id, device_id)
);

备选方案：在用户表中添加UKEY相关字段

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ALTER TABLE users ADD COLUMN ukey_device_id VARCHAR(255);
ALTER TABLE users ADD COLUMN ukey_public_key TEXT;
ALTER TABLE users ADD COLUMN ukey_certificate TEXT;
ALTER TABLE users ADD COLUMN ukey_bind_time DATETIME;

注意：此方案不支持一个用户绑定多个UKEY设备

🔗 绑定实现代码

查看完整绑定实现 
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@Service
public class UKeyBindingService {

    @Autowired
    private UserUKeyRepository userUKeyRepository;

    /**
     * 绑定用户与UKEY设备
     */
    @Transactional
    public void bindUserUKey(Long userId, UKeyBindingRequest request) {
        // 1. 验证用户是否存在
        User user = userService.findById(userId);
        if (user == null) {
            throw new BusinessException("用户不存在");
        }

        // 2. 检查是否已绑定
        UserUKey existingBinding = userUKeyRepository.findByUserId(userId);
        if (existingBinding != null) {
            throw new BusinessException("用户已绑定UKEY设备");
        }

        // 3. 验证设备信息
        if (!validateDeviceInfo(request)) {
            throw new BusinessException("设备信息验证失败");
        }

        // 4. 创建绑定记录
        UserUKey userUKey = new UserUKey();
        userUKey.setUserId(userId);
        userUKey.setDeviceId(request.getDeviceId());
        userUKey.setPublicKey(request.getPublicKey());
        userUKey.setCertificate(request.getCertificate());
        userUKey.setBindTime(LocalDateTime.now());
        userUKey.setStatus(1);

        userUKeyRepository.save(userUKey);

        log.info("用户{}成功绑定UKEY设备{}", userId, request.getDeviceId());
    }

    private boolean validateDeviceInfo(UKeyBindingRequest request) {
        // 验证设备标识格式
        // 验证公钥格式
        // 验证证书有效性
        return true;
    }
}

3️⃣ 安全管理配置

⚠️ 重要安全提示：必须先将可以管理用户的几个用户绑定UKEY，否则开启双因子认证后谁都没办法登录了！

🔐 配置管理

配置存储方案对比：

方案 优势 劣势 推荐度
Nacos配置 动态更新，无需重启 依赖外部服务 ⭐⭐⭐⭐
数据库持久化 数据安全，易备份 需要重启生效 ⭐⭐⭐⭐⭐
配置文件 简单直接 不易动态调整 ⭐⭐

推荐：使用数据库持久化 + 缓存的方式，兼顾安全性和性能

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CREATE TABLE system_security_config (
    id BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    config_key VARCHAR(100) NOT NULL COMMENT '配置键',
    config_value VARCHAR(500) NOT NULL COMMENT '配置值',
    description VARCHAR(200) COMMENT '配置描述',
    update_time DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP,
    update_by BIGINT COMMENT '更新人',
    UNIQUE KEY uk_config_key (config_key)
);

-- 插入双因子认证配置
INSERT INTO system_security_config (config_key, config_value, description)
VALUES ('two_factor_auth_enabled', 'false', '是否开启双因子认证');
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@Service
public class SecurityConfigService {

    @Autowired
    private SecurityConfigRepository configRepository;

    @Cacheable(value = "security_config", key = "#configKey")
    public String getConfigValue(String configKey) {
        SecurityConfig config = configRepository.findByConfigKey(configKey);
        return config != null ? config.getConfigValue() : null;
    }

    public boolean isTwoFactorAuthEnabled() {
        String value = getConfigValue("two_factor_auth_enabled");
        return "true".equalsIgnoreCase(value);
    }

    @CacheEvict(value = "security_config", key = "'two_factor_auth_enabled'")
    public void enableTwoFactorAuth(Long operatorId) {
        // 验证操作员权限
        validateOperatorPermission(operatorId);

        // 检查管理员是否已绑定UKEY
        validateAdminUKeyBinding();

        // 更新配置
        updateConfig("two_factor_auth_enabled", "true", operatorId);

        log.info("双因子认证已开启，操作员：{}", operatorId);
    }

    private void validateAdminUKeyBinding() {
        List<User> admins = userService.findAdminUsers();
        for (User admin : admins) {
            UserUKey binding = userUKeyRepository.findByUserId(admin.getId());
            if (binding == null) {
                throw new BusinessException(
                    String.format("管理员用户[%s]未绑定UKEY，请先完成绑定", admin.getUsername())
                );
            }
        }
    }
}

4️⃣ 用户登录认证

🔑 认证流程

第一步：传统的用户名密码验证

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@PostMapping("/login")
public ResponseEntity<LoginResponse> login(@RequestBody LoginRequest request) {
    // 1. 基础账密验证
    User user = authService.validateCredentials(
        request.getUsername(),
        request.getPassword()
    );

    // 2. 检查是否开启双因子认证
    boolean twoFactorEnabled = securityConfigService.isTwoFactorAuthEnabled();

    if (twoFactorEnabled) {
        // 需要双因子认证
        String tempToken = tokenService.generateTempToken(user.getId());
        return ResponseEntity.ok(LoginResponse.builder()
            .requireTwoFactor(true)
            .tempToken(tempToken)
            .message("请完成双因子认证")
            .build());
    } else {
        // 直接登录成功
        String accessToken = tokenService.generateAccessToken(user.getId());
        return ResponseEntity.ok(LoginResponse.builder()
            .requireTwoFactor(false)
            .accessToken(accessToken)
            .message("登录成功")
            .build());
    }
}

第二步：用户输入PIN码，前端调用Web助手

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// 前端PIN码验证流程
async function verifyPinCode(pinCode, tempToken) {
    try {
        // 1. 调用Web助手验证PIN码
        const pinResult = await webHelper.verifyPin(pinCode);
        if (!pinResult.success) {
            throw new Error('PIN码验证失败');
        }

        // 2. 获取设备标识
        const deviceId = await webHelper.getDeviceId();

        // 3. 生成签名数据
        const signData = deviceId + tempToken;
        const signature = await webHelper.sign(signData);

        // 4. 调用后端完成认证
        const authResult = await api.completeTwoFactorAuth({
            deviceId: deviceId,
            signature: signature,
            tempToken: tempToken
        });

        return authResult;
    } catch (error) {
        console.error('双因子认证失败:', error);
        throw error;
    }
}

第三步：后端验证设备标识和数字签名

查看完整验证代码 
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@PostMapping("/complete-two-factor-auth")
public ResponseEntity<LoginResponse> completeTwoFactorAuth(
    @RequestBody TwoFactorAuthRequest request) {

    try {
        // 1. 验证临时token
        Long userId = tokenService.validateTempToken(request.getTempToken());

        // 2. 验证用户ID与设备标识的一致性
        validateUserDeviceBinding(userId, request.getDeviceId());

        // 3. 验证数字签名
        boolean signatureValid = verifySignature(
            request.getDeviceId() + request.getTempToken(),
            request.getSignature(),
            userId
        );

        if (!signatureValid) {
            throw new BusinessException("数字签名验证失败");
        }

        // 4. 生成正式访问token
        String accessToken = tokenService.generateAccessToken(userId);

        // 5. 记录登录日志
        auditService.recordLogin(userId, request.getDeviceId(), "TWO_FACTOR_SUCCESS");

        return ResponseEntity.ok(LoginResponse.builder()
            .accessToken(accessToken)
            .message("双因子认证成功")
            .build());

    } catch (Exception e) {
        log.error("双因子认证失败", e);
        auditService.recordLogin(null, request.getDeviceId(), "TWO_FACTOR_FAILED");
        throw new BusinessException("认证失败：" + e.getMessage());
    }
}

/**
 * 验证用户ID与设备标识的绑定关系
 */
private void validateUserDeviceBinding(Long userId, String deviceId) {
    UserUKey userUKey = userUKeyRepository.findByUserId(userId);
    if (userUKey == null) {
        throw new BusinessException("用户未绑定UKEY设备");
    }

    if (!deviceId.equals(userUKey.getDeviceId())) {
        throw new BusinessException("设备标识不匹配");
    }
}

/**
 * SM2数字签名验证
 */
public boolean verifySignature(String message, String signature, Long userId) {
    try {
        // 1. 获取用户公钥
        UserUKey userUKey = userUKeyRepository.findByUserId(userId);
        if (userUKey == null) {
            throw new BusinessException("用户未绑定UKey");
        }

        // 2. SM3计算消息摘要
        String messageDigest = SmUtil.sm3(message);

        // 3. SM2验证签名
        SM2 sm2 = SmUtil.sm2(null, userUKey.getPublicKey());
        return sm2.verify(messageDigest.getBytes(), signature.getBytes());

    } catch (Exception e) {
        log.error("验签失败", e);
        return false;
    }
}

📊 完整时序图

以下时序图展示了UKEY双因子认证的完整流程，包括初始化、绑定、配置和认证四个主要阶段。

🔒 安全注意事项

关键安全要求：在实施UKEY双因子认证时，必须严格遵循以下安全准则。

⚠️ 实施前检查清单

管理员绑定：确保所有管理员用户已完成UKEY绑定

备用方案：准备应急访问方案，防止系统锁死

权限验证：只有超级管理员可以开启/关闭双因子认证

日志审计：记录所有认证相关操作的详细日志

设备管理：建立UKEY设备的生命周期管理机制

🛡️ 安全最佳实践

密钥安全

  • 公钥存储在数据库中，确保数据完整性
  • 私钥永远不离开UKEY设备
  • 定期检查密钥的有效性和完整性
  • 建立密钥轮换机制
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// 密钥验证示例
public boolean validatePublicKey(String publicKey) {
    try {
        // 验证公钥格式
        SM2 sm2 = SmUtil.sm2(null, publicKey);
        return sm2.getPublicKey() != null;
    } catch (Exception e) {
        log.error("公钥验证失败", e);
        return false;
    }
}

操作审计

  • 记录所有UKEY相关操作
  • 包含用户ID、设备ID、操作时间、结果等
  • 定期分析异常登录模式
  • 建立告警机制
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@Component
public class UKeyAuditService {

    public void recordUKeyOperation(UKeyAuditLog log) {
        log.setCreateTime(LocalDateTime.now());
        log.setIpAddress(RequestUtils.getClientIp());
        log.setUserAgent(RequestUtils.getUserAgent());

        auditLogRepository.save(log);

        // 异常检测
        if (isAbnormalOperation(log)) {
            alertService.sendSecurityAlert(log);
        }
    }
}

异常情况处理

  • UKEY设备丢失或损坏的处理流程
  • 用户忘记PIN码的重置机制
  • 系统故障时的应急访问方案
  • 恶意攻击的检测和防护

应急方案：建议保留至少一个超级管理员账户的传统登录方式，作为最后的访问手段。

🎯 总结与建议

UKEY双因子认证是一种高安全性的认证方案，能够有效防止账户被恶意访问。但实施时需要充分考虑用户体验和系统可用性的平衡。

📋 实施建议

分阶段实施 用户培训 监控告警

关键成功因素：

  • 🎯 充分测试：在生产环境部署前进行全面测试
  • 👥 用户培训：确保用户了解新的登录流程
  • 🔧 技术支持：建立完善的技术支持体系
  • 📊 持续监控：监控系统运行状态和用户反馈

最终目标：在保证系统安全性的同时，提供良好的用户体验，实现安全与便利的最佳平衡。

UKEY双因子认证对接方案
https://wl.do/posts/ukey-integration.html
作者
Eliauk
发布于
2025-07-31
更新于
2025-07-31
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0
UKEY
双因子认证
安全认证
SM2加密
Web助手