一、需求
我們一開始構想動態密碼的使用場景是這樣的：
（1）現場人員檢視裝置id，把id發給裝置管理人員。
（2）裝置管理人員登入平台，用裝置id換取動態密碼，並把動態密碼發給現場人員。
（3）現場人員把密碼輸入儀器，使用最高許可權。
這樣的流程是比較安全的，唯一的缺陷是現場人員每次使用都要找裝置管理人員，人力成本極高。正是這個缺陷，導致這一方案直接推翻。
我們考慮另外乙個使用場景：
（1）裝置管理人員為現場人員登記資訊（一次性）。
（2）現場人員在需要使用最高許可權時，自己登入平台，獲取動態密碼。
（3）操作過後，儀器記錄現場人員的資訊。
在這個場景之下，裝置管理人員人力成本得以降下，但也引出了一些安全性問題。在這個場景之下，現場人員希望什麼時候使用最高許可權就什麼時候使用，沒有人可以管。兩個場景都有缺陷，綜合考慮，選擇後者。
在第二個場景之下，我們發現，讓現場人員輸入裝置id是沒有意義的。他想操作多個裝置，只需要獲取多次動態密碼即可。所以我們取消輸入裝置id這個步驟。
動態密碼需要滿足這些需求：
（1）足夠簡單，用阿拉伯數字，最初考慮使用6個數字，明顯無法實現，考慮使用8個數字。
（2）密碼中包含使用者資訊。
（3）為防止被旁人竊取密碼，每個密碼只能使用一次。
（4）密碼有有效時間，考慮在同一天內有效。
（5）第2點同時也引出了這個需求：密碼每次都不一樣。
（6）密碼被篡改後，判定為非法密碼。
二、設計
從第2點需求和第4點需求可以看出，密碼中必須包含使用者資訊和時間資訊，而從第6點又可以看出，密碼需要有校驗資訊。這麼多的資訊需要在8個阿拉伯數字裡表現，是設計的難點。
為了節省空間，我們把資訊精確到二進位制位。首先我們需要明確我們的目標：8個阿拉伯數字，能表示的最大的數就是2的26次方（67108864），也就是說，26位是我們的上限。
使用12位代表4096個不同的使用者，基本滿足需求。只剩下14位可用了。
時間資訊需要儲存年月日，如果使用乙個位元組儲存乙個數字（例如bcd碼），共需要24位（3個位元組），一下子就超了。把它們拆分，精確到位，最省的情況如下表所示：資訊年
月日所需位645
這樣的話，我們省了很多，但仍然用掉了15位，超出了我們的限額。我們希望在時間資訊上擠出空間來。
我們假設有這樣乙個函式f(y,m,d)，它把時間資訊轉化成乙個數，不同的日期對應不同的值，不會重複。考慮最簡單的情況，我們把函式定義成如下形式：
f(y,m,d)=ay+bm+cd
那麼，另外乙個日期對應的值為：
f(y』,m』,d』)=ay』+bm』+cd』
只要在y!=y』,m!=m』,d!=d』的情況下，f(y,m,d)!=f(y』,m』,d』)即滿足需求。
f(y,m,d)-f(y』,m』,d』)=(ay+bm+cd)-(ay』+bm』+cd』)
=a(y-y』)+b(m-m』)+c(d-d』)
由於年的變化是很緩慢的，我們考慮在一年內，都沒有重複的值。也就是
b(m-m』)+c(d-d』)=bδ
m+cδ
d!=0
即bδm!=-cδd
我們知道，月的變化取值為1-12，日的變化取值為1-31，那麼δ
m的取值為-11~11，
δd的取值為-30~30。考慮到有負數的存在，上式我們直接可以寫成：
b/c!=δd/
δm我們可以看出，只要b取31，上式兩邊就永遠不會相等。也就是說，
f(y,m,d)=y+31m+d
在一年內也不會有重複的值。
這樣的話，此式最大的值為31*12+31+99（考慮年用到2099）=502，我們用9位（512）即能表示。
經過上面的時間資訊縮減之後，我們剩下5位來存放校驗資訊。常見的一些校驗演算法根本是無法使用的（md5要16位元組，而且計算複雜，crc兩個位元組，最簡單的算lrc也要乙個位元組8位）。如果單純用5位做校驗和，重複的概率是1/32，感覺不夠安全。
我們已經沒辦法再縮減時間資訊使用的位數，只能考慮對使用者id開刀。使用者id使用12位存放4096個使用者的資訊，這是我們考慮極限的使用者數。在一開始，或許512個使用者就能滿足。於是，我們採取這樣的折中方案：
（1）使用者id使用9位，把3位讓給校驗和，這樣重複的概率是1/256，應該是可以使用的。
（2）當使用者增長超過512時，我們增加數字位數。如果使用9位阿拉伯數字，我們可以存放29位的資訊，多出3位，增加在使用者id上，一共可存放4096個使用者。
上面的設計，還沒有滿足需求裡的第3、5點。要讓密碼每次都不一樣，其實我們只需要增加幾位，放乙個隨機數就行。但偏偏我們已經沒有空間去放這個隨機數了。
在這裡，我們需要先說明使用何種加密方法。為了足夠的簡單（保證儀器能快速計算），又不失安全性，我們使用異或的加密方法。只要使用者猜不到跟明文異或的密碼，資料就是安全的。
我們回到上面的問題。如果我們使用不同的密碼去對明文進行異或，得到的結果就是不一樣的。所以我們有一種這樣的方案：存放n條用於異或的密碼，每次用不同的密碼去異或，就會產生不同的結果。解密的時候，我們尋回原先異或的密碼，就能成功解密。
但是我們馬上會發現問題：我們如何知道明文是使用了哪個密碼去異或的呢？使用者id和時間資訊都是固定的，我們無法從這些資訊裡面提取出乙個索引。那我們可以使用當前時間作為乙個索引。假如我們有24個密碼，各對應24個小時。這樣的話，我們在使用動態密碼時，會多出一條限制：從平台上獲取密碼之後，必須在乙個小時內使用。這樣的限制並不影響，可行。
在我們使用多個密碼去異或時，原來的校驗和演算法會出現問題。我們必須找出24個異或碼，經過跟明文異或之後，不影響原文的校驗和。這樣的異或碼可以使用以下方法得到：
（1）因為我們使用8位校驗和，所以我們把資料分成8位一段，不夠的使用0補齊。
（2）把(總位數-8)個位隨機填充0或1。
（3）求出(總位數-8)個位的校驗和。
（4）把這個校驗和填充到剩下的8位裡面。
三、最終方案
動態密碼的設計如下：
8位阿拉伯數字
資訊
時間校驗和
使用者id
位數98
99位阿拉伯數字
資訊
時間校驗和
使用者id
位數98
12時間=(年-2018)+31*月+日
校驗和為8位一段異或。
加密方法是將整個明文跟金鑰進行異或。
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