关于算法:奇妙的安全旅行之HMAC算法

hi，大家好，明天咱们开始介绍音讯摘要算法中的 HMAC（Keyed-Hashing for Message Authentication）音讯认证码算法，MAC（Message Authentication Code，音讯认证码算法）是含有密钥散列函数算法，兼容了 MD 和 SHA 算法的个性，并在此基础上加上了密钥，因而 MAC 算法也常常被称作 HMAC 算法。

MAC

在开始之前，咱们先说下 MAC 算法。在古代的网络中，身份认证是一个常常会用到的性能，在身份认证过程中，有很多种形式能够保障用户信息的平安，而 MAC(message authentication code) 就是一种罕用的办法。

音讯认证码是对音讯进行认证并确认其完整性的技术。通过应用发送者和接收者之间共享的密钥，就能够辨认出是否存在假装和篡改行为。

MAC 是通过【MAC 算法 + 密钥 + 要加密的信息】三个因素一起计算得出的。

同 hash 算法（音讯摘要）相比，音讯摘要只能保障音讯的完整性，即该音讯摘要 B 是这个音讯 A 生成的。而 MAC 算法可能保障音讯的正确性，即判断的确发的是音讯 A 而不是音讯 C。

同公私钥体系相比，因为 MAC 的密钥在发送方和接管方是一样的，所以发送方和接管方都能够来生成 MAC，而公私钥体系因为将公钥和私钥离开，所以减少了不可抵赖性。

MAC 有很多实现形式，比拟通用的是基于 hash 算法的 MAC，比方明天咱们要讲的 HMAC 算法。还有一种是基于分组明码的实现，比方 OMAC, CBC-MAC and PMAC 等。

HMAC

HMAC 算法首先它是基于信息摘要算法的。目前次要汇合了 MD 和 SHA 两大系列音讯摘要算法。其中 MD 系列的算法有 HmacMD2、HmacMD4、HmacMD5 三种算法；SHA 系列的算法有 HmacSHA1、HmacSHA224、HmacSHA256、HmacSHA384、HmacSHA512 五种算法。

HMAC 算法除了须要信息摘要算法外，还须要一个密钥。HMAC 的密钥能够是任何长度，如果密钥的长度超过了摘要算法信息分组的长度，则首先应用摘要算法计算密钥的摘要作为新的密钥。个别不倡议应用太短的密钥，因为密钥的长度与平安强度是相干的。通常选取密钥长度不小于所选用摘要算法输入的信息摘要的长度。

MD 算法的比照

HMAC 算法实现

JDK 的 HMAC 算法实现

JDK 对于 HMAC 算法的实现：

// 获取 HMAC Key
public static byte[] getHmacKey(String algorithm) {
    try {
        // 1、创立密钥生成器
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(algorithm);
        // 2、产生密钥
        SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
        // 3、获取密钥
        byte[] key = secretKey.getEncoded();
        // 4、返回密钥
        return key;
    } catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);
    }
}

// HMAC 加密
public static String encryptHmac(byte[] data, byte[] key, String algorithm) {
    try {
        // 1、还原密钥
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, algorithm);
        // 2、创立 MAC 对象
        Mac mac = Mac.getInstance(algorithm);
        // 3、设置密钥
        mac.init(secretKey);
        // 4、数据加密
        byte[] bytes = mac.doFinal(data);
        // 5、生成数据
        String rs = encodeHex(bytes);
        // 6、返回十六进制加密数据
        return rs;
    } catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);
    }
}

Bouncy Castle 的 HMAC 算法实现

Bouncy Castle 对于 HMAC 算法的实现：

// 获取 HMAC Key
public static byte[] getHmacKey(String algorithm) {
    try {
        // 1、创立密钥生成器
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(algorithm);
        // 2、产生密钥
        SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
        // 3、获取密钥
        byte[] key = secretKey.getEncoded();
        // 4、返回密钥
        return key;
    } catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);
    }
}

// HMAC 加密
public static String encryptHmac(byte[] data, byte[] key, String algorithm) {HMac hmac = generateHmacByAlgorithm(algorithm);
    KeyParameter keyParameter = new KeyParameter(key);
    hmac.init(keyParameter);
    hmac.update(data, 0, data.length);
    byte[] rsData = new byte[hmac.getMacSize()];
    hmac.doFinal(rsData, 0);

    return Hex.toHexString(rsData);
}

Commons Codec 的 HMAC 算法实现

Commons Codec 提供的 HMAC 算法实现：

// 获取 HMAC Key
public static byte[] getHmacKey(String algorithm) {
    try {
        // 1、创立密钥生成器
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(algorithm);
        // 2、产生密钥
        SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
        // 3、获取密钥
        byte[] key = secretKey.getEncoded();
        // 4、返回密钥
        return key;
    } catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);
    }
}

// HMAC 加密
public static String encryptHmac(byte[] data, byte[] key, String algorithm) {Mac mac = HmacUtils.getInitializedMac(HmacAlgorithms.HMAC_MD5, key);
    return Hex.encodeHexString(mac.doFinal(data));
}

获取残缺代码请拜访：
https://github.com/ForTheDevelopers/JavaSecurity

HMAC 算法的利用

1、能够验证对端用户的合法性

HMAC 算法的一个典型利用是用在“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收回一个验证申请，（假如是浏览器的 GET 申请）。

(2) 服务器接到此申请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本人的密钥进行 HMAC 运算并失去一个后果作为认证证据返回给服务器（此为响应）。

(4) 与此同时，服务器也应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 运算，如果服务器的运算后果与客户端传回的响应后果雷同，则认为客户端是一个非法用户。

在这个过程中，可能受到平安攻打的是服务器发送的随机数和客户端返回的 HMAC 后果，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，随机值的引入使 HMAC 只在以后会话中无效，大大加强了安全性和实用性。

2、发消息给对方（或从对方接管音讯）

比方你和对方共享了一个密钥 K，当初你要发消息给对方，既要保障音讯没有被篡改（完整性），又要能证实信息的确是你自己发的（源认证），那么就把原信息和密钥 K 经 HMAC 计算的值一起发过来。对方接到之后，应用本人手中的密钥 K 和原音讯计算一下 HMAC 的值，如果和你发送的 HMAC 统一，那么能够认为这个音讯既没有被篡改也没有假冒。

一般散列算法和 HMAC 算法的区别

一般散列算法就是通过 hash 对要输入的数据进行摘要，接管到数据时，再同样对源数据进行散列，与给定的散列值比拟，看收到的数据与计算的 hash 值是否统一就能够了。

通常来说，传输的数据和散列值是不同的渠道给出的，比方网页上显示 MD5 或 SHA 的散列值，然而下载链接是某个镜像网站的，这并不影响你下载到的文件的正确性。

如果要通过同一个渠道发送数据和散列值的话（比方音讯认证码），就要思考数据和散列值是否会同时被篡改的问题，如果第三方批改了数据，而后进行 MD5 散列，并一块发给接管方，接管方并不能察觉到数据被篡改。

而 HMAC 算法就能够用一把发送方和接管方都有的密钥 key 进行计算，而没有这个密钥 key 的第三方是无奈计算出正确的散列值的，这样就能够避免数据的起源方被篡改。

总结

HMAC 算法目前的利用场景绝对还比拟少，通常会间接应用加密算法来保障起源方的正确性，不过 HMAC 在特定场景下还是有肯定用处的，大家能够依据本人的业务特点来抉择应用哪种加密算法。另外也欢送大家关注咱们的公众号，回复【加解密】获取本系列的全副源码。

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