Technical Details of Passkey Authentication

1. Passkey 简介

Passkey 是一种新的认证方式，用于替代传统的密码认证。 Passkey 的主要思路是生成一个公私钥密钥对，私钥保存在本地设备中，而公钥保存到服务器。认证时，使用设备中的私钥进行签名，而服务器使用公钥对签名进行校验。

WebAuthn（Web Authentication API）是 W3C 发布的一个 Web 认证规范。

FIDO（Fast Identity Online）联盟之前发布过 U2F，它需要一个专门的硬件来配合认证，没有被广泛应用；后来 FIDO 联盟和 W3C 一起发布了 FIDO2 。

WebAuthn 是 FIDO2 中的一个核心规范。FIDO2 中还包含了 WebAuthn 中没有包含的标准：CTAP2（Client to Authenticator Protocol）。 简单地说：FIDO2 = WebAuthn + CTAP2。

而术语 Passkey 则可以认为是这种技术面向用户的一个通俗叫法，Passkey 有时也专指 WebAuthn credential。

下面将介绍 Passkey 相关流程，主要摘自：https://www.passkeys.io/technical-details

下面介绍创建 Passkey 的流程，如图 1、2、3 所示。

Figure 1: Creating a passkey, step 1

Figure 2: Creating a passkey, step 2

Figure 3: Creating a passkey, step 3

Client（a web app running in the browser or a native app）向后端请求一个随机 challenge 值。
Client 调用 WebAuthn API credentials.create(challenge) 在设备上创建密钥对。其中私钥用于对 challenge 进行签名，且 私钥保存在 Authenticator 的安全硬件中（如 TPM 或 Secure Enclave）； 而对 challenge 进行签名后的数据、credential ID、相应公钥会返回给 Client。在这个过程，会提示用户进行指纹或人脸或 PIN 码认证，以确保用户有访问设备的权限。
Client 把对 challenge 进行签名后的数据、credential ID、 相应公钥发送给服务器。 服务器校验签名是否正确，如果签名正确则把公钥和 credential ID 和用户进行关联。

下面介绍使用 Passkey 进行认证的流程，如图 4、5、6 所示。

Figure 4: Authenticating with a passkey, step 1

Figure 5: Authenticating with a passkey, step 2

Figure 6: Authenticating with a passkey, step 3

Client（a web app running in the browser or a native app）向后端请求一个随机 challenge 值。
Client 调用 WebAuthn API credentials.get(challenge)，这个 API 会要求用户通过指纹或人脸或 PIN 码认证，认证通过后，Authenticator 会返回使用之前保存的私钥对 challenge 进行签名后的数据、credential ID、用户名。
Client 把对 challenge 进行签名后的数据、credential ID、用户名发送给服务器。服务器检查前端传入的 credential ID、用户名是否存在，如果存在，则找出之前关联的公钥对签名数据进行签名校验。如果签名也是正确的，则服务器可以创建 session 或者颁发认证 token 给前端。

Passkey 认证相对于传统的密码认证来说，有下面优点：

更加简单方便：用户不需要输入冗长的密码了，只需要通过设备的指纹认证、人脸认证、或者设备 PIN 认证即可。
更加安全：对于传统的密码，有一些安全问题，比如网站没有特别防护时，密码容易遭受暴力破解；用户可能在多个网站中使用相同密码；用户容易遭受社会工程学攻击而泄露密码；用户可能遭受钓鱼攻击被骗走密码。这些安全问题在 Passkey 认证中都不存在。

Passkey 认证也有不足：

Passkey 并没有完全取代传统的密码。往往需要通过传统的密码认证后，才可以创建 Passkey。
进退两难的 Passkey 跨设备同步功能（这里不考虑 FIDO U2F 或其它硬件密钥的情况，毕竟对普通用户来说独立的硬件密钥较难推广）。如果 Passkey 不支持跨设备同步，则用户设备丢失后 Passkey 不再可用，需要在新设备上重新创建 Passkey。如果 Passkey 支持跨设备同步，则私钥离开了当前设备，从原理上说安全性不如私钥只保存在当前设备中的情况。目前 Passkey 跨设备同步功能的现状是：只支持同一种类型的设备之间的同步，如基于 iCloud Keychain 的 Passkey 不能同步到 Android 设备中。