3단계: 2FA(TOTP) 와 로그인 흐름 통합

cd java-src/auth/03_two_factor
javac -encoding UTF-8 *.java && java -Dstdout.encoding=UTF-8 Main
# java Main --serve  → 9000 포트에 띄워 두고 curl 로 직접 실험

private static final String ALPHABET = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ234567";

public static String encode(byte[] data) {
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    int buffer = 0, bits = 0;
    for (byte b : data) {
        buffer = (buffer << 8) | (b & 0xFF); bits += 8;                    // 8비트씩 넣고
        while (bits >= 5) { bits -= 5; sb.append(ALPHABET.charAt((buffer >> bits) & 31)); }   // 5비트씩 꺼낸다
    }
    if (bits > 0) sb.append(ALPHABET.charAt((buffer << (5 - bits)) & 31)); // 남은 비트는 0 으로 채움
    return sb.toString();
}

Base32(secret) = GEZDGNBVGY3TQOJQGEZDGNBVGY3TQOJQ  → decode 일치: true

public static String generate(byte[] secret, long step, int digits) {
    Mac mac = Mac.getInstance("HmacSHA1");
    mac.init(new SecretKeySpec(secret, "RAW"));
    byte[] h = mac.doFinal(ByteBuffer.allocate(8).putLong(step).array());          // 카운터는 8바이트 빅엔디안
    int off = h[h.length - 1] & 0x0F;                                               // 동적 절단 시작 위치
    int bin = ((h[off] & 0x7F) << 24) | ((h[off + 1] & 0xFF) << 16) | ((h[off + 2] & 0xFF) << 8) | (h[off + 3] & 0xFF);
    return String.format("%0" + digits + "d", bin % (int) Math.pow(10, digits));  // 앞자리 0 도 자릿수에 포함
}

  시각(초)        step        8자리     기대값     6자리
  59             1           94287082  일치  287082
  1111111109     37037036    07081804  일치  081804
  1111111111     37037037    14050471  일치  050471
  1234567890     41152263    89005924  일치  005924
  2000000000     66666666    69279037  일치  279037
  20000000000    666666666   65353130  일치  353130

public static long verify(byte[] secret, String code, long lastUsedStep) {
    long cur = step(now());
    for (long d = -WINDOW; d <= WINDOW; d++) {
        long s = cur + d;
        if (s > lastUsedStep && MessageDigest.isEqual(generate(secret, s).getBytes(US_ASCII), code.getBytes(US_ASCII))) return s;
    }
    return -1;   // 일치하는 스텝을 돌려주고, 호출자가 그것을 lastUsedStep 으로 저장한다
}

현재 step 59631060 의 코드 502737 (남은 시간 3초)
  같은 시각 검증           → step 59631060
  이미 사용(last=59631060) 후 재검증 → -1  (재생 거부)
  서버 시계 30초 느림      → step 59631060  (윈도우 안, 허용)
  서버 시계 30초 빠름      → step 59631060  (윈도우 안, 허용)
  서버 시계 60초 느림      → -1  (2 스텝 차이, 거부)
  OFFSET=+30 상태에서 다음 코드: 868057  ← 30초마다 완전히 다른 값

private void login(HttpExchange ex) throws IOException {
    Map<String, String> b = Http.body(ex);
    UserStore.User u = users.login(b.get("username"), b.get("password"));            // 1단계
    if (u == null) { Http.json(ex, 401, Map.of("error", "invalid_credentials")); return; }
    if (!u.mfaEnabled()) { issue(ex, u, List.of("pwd")); return; }                    // 2FA 안 켠 사용자는 바로 토큰
    String mfaToken = Jwt.hs256(Jwt.claims(TokenService.ISSUER, u.username, MFA_TOKEN_TTL,
            Map.of("aud", MFA_AUDIENCE, "amr", List.of("pwd"), "jti", tokens.randomToken())), secret);
    Http.json(ex, 200, Map.of("mfa_required", true, "mfa_token", mfaToken, "expires_in", MFA_TOKEN_TTL));
}

private void login2fa(HttpExchange ex) throws IOException {
    Map<String, String> b = Http.body(ex);
    Map<String, Object> c = Jwt.verifyHs256(b.get("mfa_token"), secret);              // 서명·exp
    if (!MFA_AUDIENCE.equals(c.get("aud"))) throw new Jwt.JwtException("aud 불일치: " + c.get("aud") + " 용 토큰");
    String jti = String.valueOf(c.get("jti"));
    if (usedMfaJti.contains(jti)) throw new Jwt.JwtException("이미 사용한 mfa_token");
    UserStore.User u = users.find((String) c.get("sub"));
    long now = TokenService.now();
    if (u.mfaLockedUntil > now) { Http.json(ex, 429, Map.of("error", "too_many_attempts", "retry_after", u.mfaLockedUntil - now)); return; }

    String amr2;
    if (b.containsKey("backup_code")) {
        if (!users.consumeBackupCode(u, b.get("backup_code"))) { fail(ex, u); return; }
        amr2 = "backup";
    } else {
        long step = Totp.verify(u.totpSecret, b.get("code"), u.lastUsedStep);      // 3단계
        if (step < 0) { fail(ex, u); return; }
        u.lastUsedStep = step;                                                       // 이 코드는 이제 못 쓴다
        amr2 = "otp";
    }
    u.mfaFailures = 0;
    usedMfaJti.add(jti);                                                             // mfa_token 1회용
    issue(ex, u, List.of("pwd", amr2));                                              // 2단계: Access 본문 + Refresh 쿠키
}

[2FA 미등록] /login → 200 amr=[pwd] (바로 토큰)
[등록] /2fa/setup → 200
  secret      : EOHSVSDW33YMRWDX7DUVUWEGAPSHX3RD
  otpauth URI : otpauth://totp/auth-lesson:kim?secret=EOHSVSDW33YMRWDX7DUVUWEGAPSHX3RD&issuer=auth-lesson&algorithm=SHA1&digits=6&period=30
  backup codes: [dr5z-o4il, iot6-udwm, 4hww-7uqy, ctqy-f3n3, bupw-7o4r, do4j-mz6p, 4i42-2yog, yjo6-6pjd, vt2v-jmt6, taw6-l7tp]
[확인 전 로그인] /login → 200 amr=[pwd] (pending 상태는 로그인에 영향 없음, 아직 비밀번호만으로 통과)
[확인] /2fa/confirm code=659613 → 200 {enabled=true, backup_codes_left=10}
[비밀번호] /login → 200 mfa_required=true expires_in=180 (토큰 없음, mfa_token 만)
  mfa_token payload: {iss=auth-server, sub=kim, iat=1788931828, exp=1788932008, aud=mfa, jti=8H-HfMjIj9Ac…, amr=[pwd]}
[코드] /login/2fa code=884210 → 200 amr=[pwd, otp] refresh 쿠키=true
[API] /api/profile → 200 {amr=[pwd, otp], sub=kim, roles=[USER]}
[회전] /refresh → 200 새 Access 의 amr=[pwd, otp] (세션이 2FA 로 열렸다는 사실이 유지됨)

(a) 틀린 코드                → 401 {attempts_left=4, error=invalid_code}
(b) 방금 쓴 코드 재사용      → 401 {attempts_left=3, error=invalid_code}  ← 윈도우 안이라 값은 맞지만 lastUsedStep 이 막는다
(c) mfa_token 으로 API 호출  → 401 {error_description=aud 불일치: mfa 용 토큰, error=invalid_token}
(d) 성공에 쓴 mfa_token 재사용 → 401 {error_description=이미 사용한 mfa_token, error=invalid_token}
(e) 백업 코드 dr5z-o4il 로 로그인 → 200 amr=[pwd, backup]
    같은 백업 코드 재사용    → 401 {attempts_left=4, error=invalid_code}  ← 1회용
(f) mfa_token 만료(1초) 후    → 401 {error_description=만료됨 (exp=1788931830, now=1788931831), error=invalid_token}
(g) 틀린 코드 5회 누적        → 429 {retry_after=300, error=too_many_attempts}
    잠긴 동안 맞는 코드       → 429 {retry_after=300, error=too_many_attempts}  ← 6자리 100만 가지, 무제한 시도는 막아야 한다