大概在两个月前自行入了一枚 Yubikey 4，本来想着就是当 OpenPGP Card 和 U2F 用的，结果发现 Yubikey 4 的各种功能和用法简直是魔幻般的玄学。网上的一些长者的人生经验，包括官方钦定的文档，好像都没怎么系统地讲清楚 Yubikey 4 的功能，这里我想把我两个月来折腾的心得分享一下。
Yubikey 4 有很多功能，它们的关系如下：
Yubikey
|- HID
| |- U2F
| |- OTP (2 Slots)
| |- Yubico OTP
| |- OATH HOTP
| |- Static Password
| |- Challenge-Response
| |- Yubico OTP
| |- HMAC-SHA1
|
|- Smart Card
|- PIV (18 Slots, mainly 4 slots)
|- OpenPGP Card (3 Slots: E, S, A)
Universal 2FA 是 FIDO Alliance 制定的新一代基于 Challenge-Response 的二步验证机制，
Yubico 作为 FIDO 的成员之一当然是不遗余力地推出了多款 U2F USB Token，
Yubikey 4 的 U2F 功能是开箱即用的；
插入 Yubikey，打开网站的设备注册，当绿灯闪烁的时候轻触按钮，便可提高账户安全性。
根据 Yubico FAQ，Yubikey 的 U2F 可以与无限多组网站进行关联。实现机制见 YUBICO’S TAKE ON U2F KEY WRAPPING。
大意如下：
U2F标准中是支持以下方式：
-
是把 KeyPair 存到 Yubikey 里，但是这样的话有存储上限
-
是让网站那一侧存储生成的 PublicKey 和被 Yubikey 加密过的 PrivateKey，
认证的时候把这两个都发给 Yubikey，这样 Yubikey 就拿设备主密钥解密，
从而有了这个 PrivateKey，从而可以实现无限多组 U2F 认证。
而这种方式虽然从机制是来说是安全的，但是毕竟 PrivateKey 离开了设备，并不令人开心。
于是 Yubikey 的实现方案是引入一个随机数 Nonce，网站那一侧存 Nonce，
认证的时候把 Nonce 发到 Yubikey 上，从而重生成出原来的 PrivateKey。
另外，一个有趣的事实是，大部分密码学系统中，只保证从 PublicKey 生成 PrivateKey 是困难的，而反过来由 PrivateKey 生成 PublicKey 一般很容易。
见 Given a private key, is it possible to derive its public key?。
Yubikey 4 的 OTP 功能并不仅仅指其 Yubico OTP 功能，它包括：
在 OTP 功能中，共有 2 个 Slot，可以设定以上任意功能到两个 Slot 中。
“最近出现一种人，贴出一串不明字符串来炫耀自己拥有某种硬件。”
这就是 Yubico OTP，它以 YubiCloud 作为中心验证由 Token 传送到服务器的一次性密码。这一功能是默认在 Yubikey 4 内的 Slot 1 开启的，所以购买 Yubikey 后插上电脑，第一件事就是轻触按钮发送一串不明字符串来炫耀啦。
没用过，不知道。
顾名思义，输出一串固定的字符串作为密码。看起来一点卵用都没有（用个笔记本一装不就出来了嘛），但是这货在任何有密码输入框的地方都能使用，因此可以借助 Yubikey 输出一串非常难记而且预先随机生成的字符串来增强密码复杂度。
但是如果你觉得可以靠这个功能免手输密码，那就完蛋了，只要 Yubikey 遗失，后果不堪设想。所以静态密码的优雅且正确用法是：
- 输入一段自己的常规密码
- 在任何地方再插入 Yubikey 的随机密码（可以是在自己的密码前面、中间、后面，如果不想 Yubikey 自动按下回车键可以在 Yubikey Personalization Tool 里面的 Settings 取消 Yubikey 在最后输出
\n的功能）
Challenge-Response 在 Yubikey 4 中有两种模式：Yubico OTP 和 HMAC-SHA1。Yubico OTP 可以在基于 Challenge-Response 的情况下以 Yubico OTP 的方式来做验证，需要网络连接到 YubiCloud；而 HMAC-SHA1 则是用于离线验证。
Yubikey 4 可以用作 PIV (FIPS 201-1，SP 800-73) 规范的智能卡，可以用于一般智能卡用途，例如 SSH、Windows Active Directory 计算机登录，等等。但是，Yubikey 的 PIV 并不是一个完全的 PIV 实现，它与 OpenSC 兼容却不能完全使用某些功能，比如说不可以往卡里放文件。
使用 Yubikey PIV Manager 来管理 Yubikey 中的证书。Yubikey 4 在 PIV 功能中共有 18 个 Slot：9a, 9c, 9d, 9e, 82-95, f9。这里 Slot 其实 SP 800-73 中规定的 Key Reference，不要和 OTP 功能中的 Slot 混淆，它们是两个不同的概念。其中：
- 9a 用于验证持卡人身份
- 9c 数字签名
- 9d 密钥管理，用于加密
- 9e 卡验证，计算签名是不验证 PIN
- 82-95 是过时的证书的 Slot
- f9 (>=4.3) Attestation，厂商预装，验证产品真伪
OpenPGP 卡配合 GPG 使用，用来存放 GPG 私钥（拿不出来的），并用作加密、签名用途。在 Yubikey 4 此功能中，有 3 个 Slot 存放密钥：
- Signature（签名用途）
- Encryption（加 / 解密用途）
- Authentication（验证用途）
优雅的方法是生成不同用途的子钥，然后将子钥扔进卡里。不要将主钥放进卡里，因为主钥还承担人际关系的作用，一旦遗失 Yubikey，直接吊销子钥完事，而不必要吊销主钥然后重新建立 Web of Trust。