HMAC演算法及其應用

在現代的網路中，身份認證是乙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使用者資訊的安全，而mac(message authentication code)就是一種常用的方法。

訊息認證碼是對訊息進行認證並確認其完整性的技術。通過使用傳送者和接收者之間共享的金鑰，就可以識別出是否存在偽裝和篡改行為。

mac是通過mac演算法+金鑰+要加密的資訊一起計算得出的。

同hash演算法（訊息摘要）相比，訊息摘要只能保證訊息的完整性，即該訊息摘要b是這個訊息a生成的。而mac演算法能夠保證訊息的正確性，即判斷確實發的是訊息a而不是訊息c。

同公私鑰體系相比，因為mac的金鑰在傳送方和接收方是一樣的，所以傳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，比較通用的是基於hash演算法的mac，比如今天我們要講的hmac。還有一種是基於分組密碼的實現，比如(omac, cbc-mac and pmac)。

hmac 是keyed-hashing for message authentication的縮寫。hmac的mac演算法是hash演算法，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演算法，比如（md5，sha-1，sha-256）

b：塊位元組的長度，塊是hash操作的基本單位。這裡b=64。

l：hash演算法計算出來的位元組長度。(l=16 for md5, l=20 for sha-1)。

k：共享金鑰，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長度大於b時候，會先在k上面執行hash演算法，將得到的l長度結果作為新的共享金鑰。如果k的長度計算步驟如下：

將0x00填充到k的後面，直到其長度等於b。

將步驟1的結果跟 ipad做異或。

將要加密的資訊附在步驟2的結果後面。

呼叫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的結果後面。

呼叫h方法。

hmac主要應用在身份驗證中，如下是它的使用過程：

客戶端發出登入請求（假設是瀏覽器的get請求）

伺服器返回乙個隨機值，並在會話中記錄這個隨機值

客戶端將該隨機值作為金鑰，使用者密碼進行hmac運算，然後提交給伺服器

伺服器讀取使用者資料庫中的使用者密碼和步驟2中傳送的隨機值做與客戶端一樣的hmac運算，然後與使用者傳送的結果比較，如果結果一致則驗證使用者合法。

在這個過程中，可能遭到安全攻擊的是伺服器傳送的隨機值和使用者傳送的hmac結果，而對於截獲了這兩個值的黑客而言這兩個值是沒有意義的，絕無獲取使用者密碼的可能性，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。

/*
** 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 */
}

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