HMAC算法原理

HMAC算法是一種基於密鑰的報文完整性的驗證方法 ，其安全性是創建在Hash加密算法基礎上的。它要求通訊雙方共享密鑰、約定算法、對報文進行Hash運算，造成固定長度的認證碼。通訊雙方經過認證碼的校驗來肯定報文的合法性。 HMAC算法能夠用來做加密、數字簽名、報文驗證等 。（我感受實際狀況中用HMAC作加密也是爲的不可逆加密，不像用DES/AES這種可逆加密；感受HMAC和隨機鹽Hash算法很是像）

一句話總結：HMAC是密鑰相關的哈希運算消息認證碼（Hash-based Message Authentication Code），HMAC運算利用哈希算法，以一個密鑰和一個消息爲輸入，生成一個消息摘要做爲輸出。

HMAC算法的定義

HMAC算法是一種執行「校驗和」的算法，它經過對數據進行「校驗」來檢查數據是否被更改了。在發送數據之前，HMAC算法對數據塊和雙方約定的公鑰進行「散列操做」，以生成稱爲「摘要」的東西，附加在待發送的數據塊中。當數據和摘要到達其目的地時，就使用HMAC算法來生成另外一個校驗和，若是兩個數字相匹配，那麼數據未被作任何篡改。不然，就意味着數據在傳輸或存儲過程當中被某些居心叵測的人做了手腳。

HMAC算法的定義用公式表示以下：

HMAC（K，M）=H（（K’⊕opad）∣H（（K’⊕ipad）∣M））

HMAC算法的加密步驟

(1) 在密鑰K後面添加0 或者 對密鑰K用H進行處理 來建立一個字長爲B的字符串。(例如，若是K的字長是20字節，B＝64字節，則K後會加入44個零字節0x00；若是K的字長是120字節，B＝64字節，則會用H做用於K後產生64字節的字符串)

(2) 將上一步生成的B字長的字符串與ipad作異或運算。

(3) 將數據流text填充至第二步的結果字符串中。

(4) 用H做用於第三步生成的數據流。

(5) 將第一步生成的B字長字符串與opad作異或運算。

(6) 再將第四步的結果填充進第五步的結果中。

(7) 用H做用於第六步生成的數據流，輸出最終結果 。

用圖表示就是：

 

 

 

HMAC算法的僞碼實現

function hmac (key, message) { if  (length(key) > blocksize) { key = hash(key)  // keys longer than blocksize are shortened } if  (length(key) < blocksize) { // keys shorter than blocksize are zero-padded (where ∥ is concatenation) key = key ∥ [  0x00  * (blocksize - length(key))]  // Where * is repetition. } o_pad = [  0x5c  * blocksize]  // Where blocksize is that of the underlying hash function i_pad = [  0x36  * blocksize] o_key_pad = o_pad ⊕ key  // Where ⊕ is exclusive or (XOR) i_key_pad = i_pad ⊕ key return  hash(o_key_pad ∥ hash(i_key_pad ∥ message))  // Where ∥ is concatenation }

HMAC算法的典型應用

HMAC算法的一個典型應用是用在「挑戰/響應」（Challenge/Response）身份認證中，認證流程以下：

(1) 先由客戶端向服務器發出一個驗證請求。

(2) 服務器接到此請求後生成一個隨機數並經過網絡傳輸給客戶端（此爲挑戰）。

(3) 客戶端將收到的隨機數與本身的密鑰進行HMAC-SHA1運算並獲得一個結果做爲認證證據傳給服務器（此爲響應）。

(4) 與此同時，服務器也使用該隨機數與存儲在服務器數據庫中的該客戶密鑰進行HMAC-SHA1運算，若是服務器的運算結果與客戶端傳回的響應結果相同，則認爲客戶端是一個合法用戶 。

HMAC算法的安全性

HMAC算法引入了密鑰，其安全性已經不徹底依賴於所使用的HASH算法，安全性主要有如下幾點保證：

（1）使用的密鑰是雙方事先約定的，第三方不可能知道。由上面介紹應用流程能夠看出，做爲非法截獲信息的第三方，可以獲得的信息只有做爲「挑戰」的隨機數和做爲「響應」的HMAC結果，沒法根據這兩個數據推算出密鑰。因爲不知道密鑰，因此沒法仿造出一致的響應。

（2）在HMAC算法的應用中，第三方不可能事先知道輸出（若是知道，不用構造輸入，直接將輸出送給服務器便可）。

（3） HMAC算法與通常的加密重要的區別在於它具備「瞬時」性，即認證只在當時有效，而加密算法被破解後，之前的加密結果就可能被解密。