【转】HMAC哈希消息认证码及算法原理_基于hash的认证码原理

HMAC算法原理

HMAC算法是一种基于密钥的报文完整性的验证方法 ，其安全性是建立在Hash加密算法基础上的。它要求通信双方共享密钥、约定算法、对报文进行Hash运算，形成固定长度的认证码。通信双方通过认证码的校验来确定报文的合法性。 HMAC算法可以用来作加密、数字签名、报文验证等 。（我感觉实际情况中用HMAC做加密也是为的不可逆加密，不像用DES/AES这种可逆加密；感觉HMAC和随机盐Hash算法非常像）

一句话总结：HMAC是密钥相关的哈希运算消息认证码（Hash-based Message Authentication Code），HMAC运算利用哈希算法，以一个密钥和一个消息为输入，生成一个消息摘要作为输出。

HMAC算法的定义

HMAC算法是一种执行“校验和”的算法，它通过对数据进行“校验”来检查数据是否被更改了。在发送数据以前，HMAC算法对数据块和双方约定的公钥进行“散列操作”，以生成称为“摘要”的东西，附加在待发送的数据块中。当数据和摘要到达其目的地时，就使用HMAC算法来生成另一个校验和，如果两个数字相匹配，那么数据未被做任何篡改。否则，就意味着数据在传输或存储过程中被某些居心叵测的人作了手脚。

HMAC算法的定义用公式表示如下：

HMAC（K，M）=H（（K’⊕opad）∣H（（K’⊕ipad）∣M））

HMAC算法的加密步骤

(1) 在密钥K后面添加0 或者 对密钥K用H进行处理 来创建一个字长为B的字符串。(例如，如果K的字长是20字节，B＝64字节，则K后会加入44个零字节0x00；如果K的字长是120字节，B＝64字节，则会用H作用于K后产生64字节的字符串)

(2) 将上一步生成的B字长的字符串与ipad做异或运算。

(3) 将数据流text填充至第二步的结果字符串中。

(4) 用H作用于第三步生成的数据流。

(5) 将第一步生成的B字长字符串与opad做异或运算。

(6) 再将第四步的结果填充进第五步的结果中。

(7) 用H作用于第六步生成的数据流，输出最终结果 。

用图表示就是：

 

 

 

HMAC算法的伪码实现

HMAC算法的典型应用

HMAC算法的一个典型应用是用在“挑战/响应”（Challenge/Response）身份认证中，认证流程如下：

(1) 先由客户端向服务器发出一个验证请求。

(2) 服务器接到此请求后生成一个随机数并通过网络传输给客户端（此为挑战）。

(3) 客户端将收到的随机数与自己的密钥进行HMAC-SHA1运算并得到一个结果作为认证证据传给服务器（此为响应）。

(4) 与此同时，服务器也使用该随机数与存储在服务器数据库中的该客户密钥进行HMAC-SHA1运算，如果服务器的运算结果与客户端传回的响应结果相同，则认为客户端是一个合法用户 。

HMAC算法的安全性

HMAC算法引入了密钥，其安全性已经不完全依赖于所使用的HASH算法，安全性主要有以下几点保证：

（1）使用的密钥是双方事先约定的，第三方不可能知道。由上面介绍应用流程可以看出，作为非法截获信息的第三方，能够得到的信息只有作为“挑战”的随机数和作为“响应”的HMAC结果，无法根据这两个数据推算出密钥。由于不知道密钥，所以无法仿造出一致的响应。

（2）在HMAC算法的应用中，第三方不可能事先知道输出（如果知道，不用构造输入，直接将输出送给服务器即可）。

（3） HMAC算法与一般的加密重要的区别在于它具有“瞬时”性，即认证只在当时有效，而加密算法被破解后，以前的加密结果就可能被解密。

 

 

 

hmac 介绍

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HMAC是密钥相关的哈希运算消息认证码，HMAC运算利用哈希算法，以一个密钥和一个消息为输入，生成一个消息摘要作为输出。

 

中文名

哈希消息认证码

外文名

Hash-based Message Authentication Code

缩    写

HMAC

概述 

HMAC是密钥相关的哈希运算

运算作用

验证TPM接受的授权数

目录

1. 1 简介
2. ▪ 运算作用
3. ▪ 算法表示

1. ▪ HMAC运算步骤
2. ▪ HMAC的应用
3. 2 典型应用

1. ▪ 认证流程
2. ▪ 安全性浅析

 

简介

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运算作用

（1）验证TPM接受的授权数据和认证数据；

（2）确认TPM接受到的命令请求是已授权的请求，并且，命令在传送的过程中没有被改动过。

定义HMAC需要一个加密用散列函数（表示为H，可以是MD5或者SHA-1）和一个密钥K。我们用B来表示数据块的字节数。（以上所提到的散列函数的分割数据块字长B=64），用L来表示散列函数的输出数据字节数（MD5中L=16,SHA-1中L=20）。鉴别密钥的长度可以是小于等于数据块字长的任何正整数值。应用程序中使用的密钥长度若是比B大，则首先用使用散列函数H作用于它，然后用H输出的L长度字符串作为在HMAC中实际使用的密钥。一般情况下，推荐的最小密钥K长度是L个字节。

算法表示

算法公式 ： HMAC（K，M）=H（K⊕opad∣H（K⊕ipad∣M）） [1] 

H 代表所采用的HASH算法(如SHA-256)

K 代表认证密码

Ko 代表HASH算法的密文

M 代表一个消息输入

B 代表H中所处理的块大小，这个大小是处理块大小，而不是输出hash的大小

如，SHA-1和SHA-256 B = 64

SHA-384和SHA-512 B = 128

L 表示hash的大小

Opad 用0x5c重复B次

Ipad 用0x36重复B次

Apad 用0x878FE1F3重复(L/4)次

HMAC运算步骤

First-Hash = H(Ko XOR Ipad || (data to auth))

Second-Hash = H(Ko XOR Opad || First-Hash)

(1) 在密钥K后面添加0来创建一个字长为B的字符串。(例如，如果K的字长是20字节，B=64字节，则K后会加入44个零字节0x00)

(2) 将上一步生成的B字长的字符串与ipad做异或运算。

(3) 将数据流text填充至第二步的结果字符串中。

(4) 用H作用于第三步生成的数据流。

(5) 将第一步生成的B字长字符串与opad做异或运算。

(6) 再将第四步的结果填充进第五步的结果中。

(7) 用H作用于第六步生成的数据流，输出最终结果

HMAC的应用

hmac主要应用在身份验证中，它的使用方法是这样的：

(1) 客户端发出登录请求（假设是浏览器的GET请求）

(2) 服务器返回一个随机值，并在会话中记录这个随机值

(3) 客户端将该随机值作为密钥，用户密码进行hmac运算，然后提交给服务器

(4) 服务器读取用户数据库中的用户密码和步骤2中发送的随机值做与客户端一样的hmac运算，然后与用户发送的结果比较，如果结果一致则验证用户合法

在这个过程中，可能遭到安全攻击的是服务器发送的随机值和用户发送的hmac结果，而对于截获了这两个值的黑客而言这两个值是没有意义的，绝无获取用户密码的可能性，随机值的引入使hmac只在当前会话中有效，大大增强了安全性和实用性。大多数的语言都实现了hmac算法，比如php的mhash、python的hmac.py、java的MessageDigest类，在web验证中使用hmac也是可行的，用js进行md5运算的速度也是比较快的。

典型应用

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HMAC的一个典型应用是用在“质疑/应答”（Challenge/Response）身份认证中。

认证流程

(1) 先由客户端向服务器发出一个验证请求。

(2) 服务器接到此请求后生成一个随机数并通过网络传输给客户端（此为质疑）。

(3) 客户端将收到的随机数提供给ePass，由ePass使用该随机数与存储在ePass中的密钥进行HMAC-MD5运算并得到一个结果作为认证证据传给服务器（此为响应）。

(4) 与此同时，服务器也使用该随机数与存储在服务器数据库中的该客户密钥进行HMAC-MD5运算，如果服务器的运算结果与客户端传回的响应结果相同，则认为客户端是一个合法用户

安全性浅析

由上面的介绍，我们可以看出，HMAC算法更象是一种加密算法，它引入了密钥，其安全性已经不完全依赖于所使用的HASH算法，安全性主要有以下几点保证：

（1） 使用的密钥是双方事先约定的，第三方不可能知道。由3.2介绍的应用流程可以看出，作为非法截获信息的第三方，能够得到的信息只有作为“挑战”的随机数和作为“响应”的HMAC结果，无法根据这两个数据推算出密钥。由于不知道密钥，所以无法仿造出一致的响应。