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 ，其安全性是创建在Hash加密算法基础上的。它要求通讯双方共享密钥、约定算法、对报文进行Hash运算，造成固定长度的认证码。通讯双方经过认证码的校验来肯定报文的合法性。 HMAC算法能够用来做加密、数字签名、报文验证等 。（我感受实际状况中用HMAC作加密也是为的不可逆加密，不像用DES/AES这种可逆加密；感受HMAC和随机盐Hash算法很是像）

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，生成一个消息摘要做为输出。

HMAC算法的定义

HMAC算法是一种执行“校验和”的算法，它经过对数据进行“校验”来检查数据是否被更改了。在发送数据之前，HMAC算法对数据块和双方约定的公钥进行“散列操做”，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算法来生成另外一个校验和，若是两个数字相匹配，那么数据未被作任何篡改。不然，就意味着数据在传输或存储过程当中被某些居心叵测的人做了手脚。

HMAC算法的定义用公式表示以下：

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 来建立一个字长为B的字符串。(例如，若是K的字长是20字节，B＝64字节，则K后会加入44个零字节0x00；若是K的字长是120字节，B＝64字节，则会用H做用于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作异或运算。

(3) 将数据流text填充至第二步的结果字符串中。

(4) 用H做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作异或运算。

(6) 再将第四步的结果填充进第五步的结果中。

(7) 用H做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

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，认证流程以下：

(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经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本身的密钥进行HMAC-SHA1运算并获得一个结果做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，若是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，其安全性已经不彻底依赖于所使用的HASH算法，安全性主要有如下几点保证：

（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能够看出，做为非法截获信息的第三方，可以获得的信息只有做为“挑战”的随机数和做为“响应”的HMAC结果，没法根据这两个数据推算出密钥。因为不知道密钥，因此没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（若是知道，不用构造输入，直接将输出送给服务器便可）。

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