微信/支付宝的付款码，你知道怎么实现的吗？

付款码，你真的熟悉它吗？
付款码，你真的熟悉它吗？

付款码大家司空见惯了，每天都用，但是有多少人了解它呢？ 平时新闻里面经常说不要把付款码泄露给别人，真的有那么危险吗？

其实，数学家和算法工程师才没那么笨，现在介绍几个算法，来探究一下付款码是怎么实现的。

付款码的交互流程

所谓的付款码，实际上是一串动态数字密码，由微信/支付宝生成，商户扫了付款码后，上传到微信/支付宝服务器，通过验证后，系统提取用户ID后即可完成扣费操作。

动态令牌算法

动态令牌算法叫做OTP（One-Time-Password，一次性密码），其中对于次数限制和时间限制，会有两种略有差别的算法：

  • HOTP (HMAC-based One-Time Password)，表示基于特定数值算法加密的一次性密码。
  • TOTP (Time-based One-Time Password)，表示基于时间戳算法的一次性密码。

TOTP实际上是HOTP的一种变种算法，只是将特定数值跟时间关联起来。

TOTP签名生成原理

首先，厂商一般会在软件内置两个参数：密钥K和质数M。

其中密钥K是用来生成签名信息，质数M是用来做用户ID分割。

HTOP的运算公式为：

//K为密钥字符串
//C为特定值，一般情况下为随机值
//Truncate函数是将截取加密后的串，并取加密后串的某些字段组成一个数字
HOTP(K,C) = Truncate(HMAC-SHA-1(K,C))

TOTP的运算公式为：

//T 表示当前Unix时间戳，单位秒
//一般T0 = 0
//X 表示时间步数，也就是说多长时间产生一个动态密码，这个时间间隔就是时间步数X，比如支付宝是60秒
//这个公式表达是从系统起始到现在，当前属于第几个密码周期
C = (T - T0) / X

//直接调用HOTP即可计算出来
TOTP(K,C) = HOTP(K,C)

不同厂家，X参数会有不同：

  • 阿里巴巴的身份宝使用的时间步数是60秒；
  • 工商银行U盾令牌使用的时间步数是5分钟；
  • Google的 身份验证器的时间步数是30秒；
  • 腾讯的Token时间步数是60秒；

付款码生成

初中数学老师教过，由于质数是的约数只有1和自己，所以通过简单的除法和求余就能轻松分离TOTP签名和用户ID。数学就是那么魔幻炫酷。

//质数M取值需要大于最大用户ID，如：当前系统设计最大承受用户有9990人，则质数可以设定必须大于9990
付款码=TOTP签名 * 质数M +  用户ID

付款码还原

TOTP签名 = 付款码 / 质数M

用户ID = 付款码 % 质数M

拿到用户ID后，就可以查询数据库，取出用户的密钥K，通过当前的时间周期进行同步签名验证TOTP签名，如果签名通过，说明用户是在有效期内上传的付款码，接下来就是判断付款码是否使用过，没用过的话，就可以继续走风控和扣款流程了。

实际开发中，并不会将用户ID放进来，而且改成密钥ID，这样子同一个用户在不同设备上，就可以使用不同的密钥K生成不一样的付款码了，也利于厂商追踪支付渠道。

总结

  • 通过以上算法可以得知，用户ID和质数M是公开的，只有密钥K是必须保密的
  • 微信、支付宝等都会使用加密和空间去存储这个密钥K，而且会定时同步更新服务器时间
  • 银行U盾这种离线设备，就会将密钥K加密存到硬件内部
  • 不必要担心截图付款码就会被人盗刷，毕竟付款码有效期只有短短的60秒
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