HMAC算法及其應用

• MAC
• HMAC
• HMAC的應用
• HMAC實現舉例

MAC

在現代的網絡中，身份認證是一個經常會用到的功能，在身份認證過程中，有很多種方式可以保證用戶信息的安全，而MAC(message authentication code)就是一種常用的方法。

消息認證碼是對消息進行認證并確認其完整性的技術。通過使用發送者和接收者之間共享的密鑰，就可以識別出是否存在偽裝和篡改行為。

MAC是通過MAC算法+密鑰+要加密的信息一起計算得出的。

同hash算法（消息摘要）相比，消息摘要只能保證消息的完整性，即該消息摘要B是這個消息A生成的。而MAC算法能夠保證消息的正確性，即判斷確實發的是消息A而不是消息C。

同公私鑰體系相比，因為MAC的密鑰在發送方和接收方是一樣的，所以發送方和接收方都可以來生成MAC，而公私鑰體系因為將公鑰和私鑰分開，所以增加了不可抵賴性。

MAC有很多實現方式，比較通用的是基于hash算法的MAC，比如今天我們要講的HMAC。還有一種是基于分組密碼的實現，比如(OMAC, CBC-MAC and PMAC)。

HMAC

HMAC 是Keyed-Hashing for Message Authentication的縮寫。HMAC的MAC算法是hash算法，它可以是MD5, SHA-1或者 SHA-256，他們分別被稱為HMAC-MD5，HMAC-SHA1， HMAC-SHA256。

HMAC用公式表示：

H(K XOR opad, H(K XOR ipad, text))

其中
H：hash算法，比如（MD5，SHA-1，SHA-256）
B：塊字節的長度，塊是hash操作的基本單位。這里B=64。
L：hash算法計算出來的字節長度。(L=16 for MD5, L=20 for SHA-1)。
K：共享密鑰，K的長度可以是任意的，但是為了安全考慮，還是推薦K的長度>B。當K長度大于B時候，會先在K上面執行hash算法，將得到的L長度結果作為新的共享密鑰。 如果K的長度<B, 那么會在K后面填充0x00一直到等于長度B。
text： 要加密的內容
opad：外部填充常量，是 0x5C 重復B次。
ipad： 內部填充常量，是0x36 重復B次。
XOR： 異或運算。

計算步驟如下：

將0x00填充到K的后面，直到其長度等于B。

將步驟1的結果跟 ipad做異或。

將要加密的信息附在步驟2的結果后面。

調用H方法。

將步驟1的結果跟opad做異或。

將步驟4的結果附在步驟5的結果后面。

調用H方法。

HMAC的應用

hmac主要應用在身份驗證中，如下是它的使用過程：

客戶端發出登錄請求（假設是瀏覽器的GET請求）

服務器返回一個隨機值，并在會話中記錄這個隨機值

客戶端將該隨機值作為密鑰，用戶密碼進行hmac運算，然后提交給服務器

服務器讀取用戶數據庫中的用戶密碼和步驟2中發送的隨機值做與客戶端一樣的hmac運算，然后與用戶發送的結果比較，如果結果一致則驗證用戶合法。

在這個過程中，可能遭到安全攻擊的是服務器發送的隨機值和用戶發送的hmac結果，而對于截獲了這兩個值的黑客而言這兩個值是沒有意義的，絕無獲取用戶密碼的可能性，隨機值的引入使hmac只在當前會話中有效，大大增強了安全性和實用性。

HMAC實現舉例

/* ** Function: hmac_md5 */void hmac_md5(text, text_len, key, key_len, digest) unsigned char* text; /* pointer to data stream */ int text_len; /* length of data stream */ unsigned char* key; /* pointer to authentication key */ int key_len; /* length of authentication key */ caddr_t digest; /* caller digest to be filled in */{MD5_CTX context;unsigned char k_ipad[65]; /* inner padding -* key XORd with ipad*/unsigned char k_opad[65]; /* outer padding -* key XORd with opad*/unsigned char tk[16];int i;/* if key is longer than 64 bytes reset it to key=MD5(key) */if (key_len > 64) {MD5_CTX tctx;MD5Init(&tctx);MD5Update(&tctx, key, key_len);MD5Final(tk, &tctx);key = tk;key_len = 16;}/** the HMAC_MD5 transform looks like:** MD5(K XOR opad, MD5(K XOR ipad, text))** where K is an n byte key* ipad is the byte 0x36 repeated 64 times* opad is the byte 0x5c repeated 64 times* and text is the data being protected*//* start out by storing key in pads */bzero( k_ipad, sizeof k_ipad);bzero( k_opad, sizeof k_opad);bcopy( key, k_ipad, key_len);bcopy( key, k_opad, key_len);/* XOR key with ipad and opad values */for (i=0; i<64; i++) {k_ipad[i] ^= 0x36;k_opad[i] ^= 0x5c;}/** perform inner MD5*/MD5Init(&context); /* init context for 1st* pass */MD5Update(&context, k_ipad, 64) /* start with inner pad */MD5Update(&context, text, text_len); /* then text of datagram */MD5Final(digest, &context); /* finish up 1st pass *//** perform outer MD5*/MD5Init(&context); /* init context for 2nd* pass */MD5Update(&context, k_opad, 64); /* start with outer pad */MD5Update(&context, digest, 16); /* then results of 1st* hash */MD5Final(digest, &context); /* finish up 2nd pass */ }

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的HMAC算法及其应用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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