はじめに
近年、Webサービスにおいて多要素認証の採用が進んでおり、スマートフォン用の認証アプリ（例：Microsoft Authenticatorなど）を使ってコード入力を行う方式が一般的になっています。
この方式で用いられる技術の一つに、ワンタイムパスワードの一種である「TOTP（Time-Based One-Time Password）」があります。
ここでは、TOTPの仕組みと、それを使ったログイン認証の仕組みについて説明します。
TOTPとは
TOTPは “Time-Based One-Time Password” の略で、「時間ベースのワンタイムパスワード」を意味します。
具体的には、サービス（サーバ）とユーザの端末（認証アプリ）で 共通の秘密鍵を持ち、さらに現在時刻を一定の時間ステップ（例：30秒）で区切ったカウンター値を用いて、短時間だけ有効なパスワード（コード）を生成します。
TOTPは、HOTP（HMAC-based One-Time Password）方式を時間ベースに拡張したものといえます。
HOTPでは、試行回数のたびにOTPが変わります。次のようにコードを作ります：
HOTP(K, C) = Truncate( HMAC-SHA1(K, C) ) mod 10^d
K : 秘密鍵
C : カウンター（イベントベース）
d : 桁数（ワンタイムコードの桁数）
カウンターCは「何回目の生成か」というイベント数によって増加します。
TOTP ではこのカウンターを次の式で定義します：
C = floor( (現在のUNIX時間 − T₀) / X₀ )
T₀ : カウント開始時刻（デフォルト 0 = 1970年1月1日 00:00:00 UTC）
X₀ : 時間ステップ（例：30秒）
この仕組みによって、一定時間ごとに新しいコードが生成されます。
認証の仕組み
ざっくりした流れは以下の通りです。
① 秘密鍵の生成・登録
- サーバ側でユーザ専用の**秘密鍵（シークレット）**を生成します。
- ユーザ側（スマートフォンの認証アプリ等）に、QRコードやURL（例：otpauth://）経由でシークレットを登録します。
② コード入力・送信
- ユーザがログイン画面でユーザ名＋パスワードを入力し、次に認証アプリを起動して表示された TOTP コード（d 桁）を入力します。
- コードがサーバへ送信されます。
③ サーバ側でのコード検証
- サーバはユーザのシークレットを取得し、現在時刻を元にカウンター値を計算します。
- シークレットとカウンターから TOTP 値を生成します。
- 入力されたコードとサーバで生成したコードを比較します。
- 一致すれば認証成功とし、ログインを許可します。
おわりに
数年前に情報処理安全確保支援士を受験した際、TOTPの仕組みもざっくり学んだのですが、記憶が薄れていたので振り返るいい機会になりました。
普段使っているサービスの仕組みについては、ぼんやりでもいいので理解しておきたいです。