从U2F到Passkeys：Web认证技术的演进

引言

在过去十多年间，一系列标准逐渐发展成为passkeys——一种有望替代密码的认证方案。这些技术在发展过程中积累了相当的复杂性，本文按时间顺序梳理了这些核心技术的发展历程。

开端：U2F

U2F代表"通用第二因素"，包含两个标准：一个是计算机与称为安全密钥的小型可移动设备通信的协议，另一个是网站使用这些设备的JavaScript API。

U2F的目标是消除用户认证中的"持有者令牌"。持有者令牌是指任何用于证明身份的传递秘密，密码是最常见的例子。

创建凭证

CTAP1仅包含两个命令：创建凭证和从凭证获取签名。网站使用U2F JavaScript API发出请求，浏览器将其转换为CTAP1命令。

CTAP1创建凭证请求结构：

命令代码：0x01（注册）
标志位：始终为零
数据长度：始终为64
客户端数据哈希：32字节SHA-256哈希
AppID哈希：32字节SHA-256哈希

注册响应

U2F安全密钥创建凭证后的响应包含：

保留字节：始终为0x05
公钥：65字节未压缩X9.62格式
凭证ID长度
凭证ID
X.509证明证书
ECDSA签名

无状态设计

大多数U2F安全密钥在创建凭证时实际上不存储任何内容。返回的凭证ID实际上是加密的种子，安全密钥可以根据需要重新生成私钥。

获取断言

“断言"是来自凭证的签名。CTAP1断言请求结构包含：

命令代码：0x02（获取断言）
标志位
数据长度
客户端数据哈希
AppID哈希
凭证ID长度
凭证ID

传输方式

大多数安全密钥是USB设备，在USB总线上显示为人机接口设备。支持NFC的安全密钥也很常见，使用NFC时不需要触摸传感器。蓝牙安全密钥通过GATT协议工作。

FIDO2

FIDO2包括新的安全密钥协议CTAP2和更新的Web API——WebAuthn。

可发现凭证

U2F凭证称为"不可发现"凭证，使用它们需要知道其凭证ID。“可发现"凭证是安全密钥可以自行找到的凭证，因此它们也可以替代用户名。

用户验证

FIDO2具有称为"用户验证"的升级版用户存在形式。不同的安全密钥可以以不同方式验证用户，最基本的方法是在计算机上输入PIN并发送到安全密钥。

RP ID

FIDO2用"依赖方ID”（RP ID）取代了AppID。AppID是URL，而RP ID是纯域名。

CTAP协议变更

CTAP2的语法与U2F完全不同，使用CBOR而不是具有固定或临时字段长度的二进制协议。

WebAuthn

WebAuthn集成到W3C凭证管理规范中，通过navigator.credentials.create和navigator.credentials.get在JavaScript中调用。

其他类型的认证器

除了安全密钥，WebAuthn不要求所有认证器都是安全密钥。笔记本电脑和台式机本身可以是认证器，这些设备称为"平台认证器”。

caBLE / 混合

云辅助BLE（caBLE）允许人们将手机用作认证器，而无需蓝牙配对。caBLEv2设计为使用最少的蓝牙：从手机发送到桌面的单个广播。

WebAuthn系列API

WebAuthn是一个Web API，但人们有时也在Web浏览器之外使用计算机和手机。虽然这些上下文不能使用WebAuthn本身，但出现了一些类似于WebAuthn的本机应用API。

Passkeys

通过混合和平台认证器，人们可以广泛使用WebAuthn认证器。但如果你重置或丢失手机/笔记本电脑，仍然会丢失所有凭证。

2021年，随着iOS 15，Apple包含了将WebAuthn私钥保存到iCloud钥匙串的功能。2022年底，iOS 16添加了对混合的支持，在Android上，Google密码管理器添加了备份和同步私钥的支持。

未来

passkeys的初始启动没有为第三方密码管理器提供任何规定。在iOS 17和Android 14中，第三方密码管理器可以保存和提供passkeys。

我们需要考虑用户在生态系统之间过渡的问题。人们从Android切换到iOS，反之亦然，他们应该能够随身携带passkeys。