HMAC MD5演算法原理及實現

md5和sha-1是一種hash函式，又稱雜湊函式，類似於指紋的應用。在網路安全協議中，雜湊函式用來處理電子簽名，將冗長的簽名檔案壓縮為一段獨特的數字資訊，像指紋鑑別身份一樣保證原來數字簽名檔案的合法性和安全性。經過這些演算法的處理，原始資訊即使只更動乙個字母，對應的壓縮資訊也會變為截然不同的「指紋」，這就保證了經過處理資訊的唯一性。為電子商務等提供了數字認證的可能性。

而hmac演算法需要乙個加密用雜湊函式（表示為h，可以是md5或者sha-1）和乙個金鑰k。我們用b來表示資料塊的位元組數。（以上所提到的雜湊函式的分割資料塊字長b=64），用l來表示雜湊函式的輸出資料位元組數（md5中l=16,sha-1中l=20）。鑑別金鑰的長度可以是小於等於資料塊字長的任何正整數值。應用程式中使用的金鑰長度若是比b大，則首先用使用雜湊函式h作用於它，然後用h輸出的l長度字串作為在hmac中實際使用的金鑰。一般情況下，推薦的最小金鑰k長度是l個位元組。

我們將定義兩個固定且不同的字串ipad,opad：（『i','o'標誌內部與外部）

ipad = the byte 0x36 重複 b 次

opad = the byte 0x5c 重複 b 次.

計算『text'的hmac：

hmac　＝ h( k xor opad, h(k xor ipad, text))

即為以下步驟:

(1) 在金鑰k後面新增0來建立乙個字長為b的字串。(例如，如果k的字長是20

位元組，b＝64位元組，則k後會加入44個零位元組0x00)

(2) 將上一步生成的b字長的字串與ipad做異或運算。

(3) 將資料流text填充至第二步的結果字串中。

(4) 用h作用於第三步生成的資料流。

(5) 將第一步生成的b字長字串與opad做異或運算。

(6) 再將第四步的結果填充進第五步的結果中。

(7) 用h作用於第六步生成的資料流，輸出最終結果

hmac的典型應用

hmac的乙個典型應用是用在「挑戰/響應」（challenge/response）身份認證中，認證流程如下[3]：

(1) 先由客戶端向伺服器發出乙個驗證請求。

(2) 伺服器接到此請求後生成乙個隨機數（text）並通過網路傳輸給客戶端（此為挑戰）。

(3) 客戶端將收到的隨機數提供給epass，由epass使用該隨機數（text）與儲存在epass中的金鑰（k）進行hmac-md5運算並得到乙個結果作為認證證據傳給伺服器（此為響應）。

(4) 與此同時，伺服器也使用該隨機數與儲存在伺服器資料庫中的該客戶金鑰進行hmac-md5運算，如果伺服器的運算結果與客戶端傳回的響應結果相同，則認為客戶端是乙個合法使用者

/*
** 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 */
/** 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++) 
/** 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 */
}test vectors (trailing '\0' of a character string not included in test):
key =         0x0b0b0b0b0b0b0b0b0b0b0b0b0b0b0b0b
key_len =     16 bytes
data =        "hi there"
data_len =    8  bytes
digest =      0x9294727a3638bb1c13f48ef8158bfc9d
key =         "jefe"
data =        "what do ya want for nothing?"
data_len =    28 bytes
digest =      0x750c783e6ab0b503eaa86e310a5db738
key =         0xaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
key_len       16 bytes
data =        0xdddddddddddddddddddd...
..dddddddddddddddddddd...
..dddddddddddddddddddd...
..dddddddddddddddddddd...
..dddddddddddddddddddd
data_len =    50 bytes
digest =      0x56be34521d144c88dbb8c733f0e8b3f6

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