HMAC 算法的使用

HMAC 的用途

HMAC 算法主要应用于身份验证,用法如下:

    1.客户端发出登录请求
    2.服务器返回一个随机值,在会话记录中保存这个随机值
    3.客户端将该随机值作为密钥,用户密码进行 hmac 运算,递交给服务器
    4.服务器读取数据库中的用户密码,利用密钥做和客户端一样的 hmac运算,然后与用户发送的结果比较,如果一致,则用户身份合法。

这么做有什么好处呢? 如果我们在登录的过程中,黑客截获了我们发送的数据,他也只能得到 hmac 加密过后的结果,由于不知道密钥,根本不可能获取到用户密码,从而保证了安全性。

HMAC 的种类

算法种类                摘要长度

HmacMD5                 128
HmacSHA1                160
HmacSHA256              256
HmacSHA384              384
HmacSHA512              512

HMAC 的使用

1 . 刚才也看到了,想要使用 HMAC 算法,那么我们需要生成一个密钥,这个密钥怎么生成呢?自己随便瞎填吗? JDK 中自带了一个密钥生成器 KeyGenerator 用于帮助我们生成密钥,示例如下

public static byte[] getSecretKey() throws Exception {
    KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5"); // 可填入 HmacSHA1,HmacSHA256 等
    SecretKey key = keyGenerator.generateKey();

    byte[] keyBytes = key.getEncoded();
    return keyBytes;
}
### HMAC算法的工作原理 HMAC(基于哈希的消息认证码)是一种利用加密散列函数生成消息认证码的技术。它结合了一个秘密密钥和一个输入消息,通过两次哈希运算生成最终的签名值[^1]。 #### 密钥扩展与填充 在 HMAC 的核心过程中,首先会对密钥 \( K \) 进行扩展处理。如果原始密钥长度小于内部块大小,则会将其用零字节填充到指定长度;如果密钥过长,则先对其进行一次哈希压缩再扩展[^4]。 接着分别使用两个固定常量 IPad (0x36) 和 OPad (0x5C),对扩展后的密钥执行 XOR 操作得到中间状态: \[ K_{ipad} = K \oplus IPad,\quad K_{opad} = K \oplus OPad \] 随后进行两轮哈希计算: \[ H(K_{opad} || H(K_{ipad} || message)) \] 其中 `||` 表示字符串连接操作符。 --- ### Python 中 HMAC 算法的具体实现 以下是采用面向对象方法构建的一个简单 HMAC 类实例化并调用了内置 hashlib 库完成主要功能演示: ```python import hmac from abc import ABC, abstractmethod class HashAlgorithm(ABC): @abstractmethod def create_hash(self, key: bytes, msg: bytes) -> str: pass class HMACSHA256(HashAlgorithm): def __init__(self, secret_key: str): self.key = secret_key.encode() def create_hash(self, msg: bytes) -> str: digest_maker = hmac.new(self.key, msg=msg, digestmod='sha256') return digest_maker.hexdigest() if __name__ == "__main__": sha256_instance = HMACSHA256(secret_key="my_secret") result = sha256_instance.create_hash(msg=b"Hello World!") print(f"HMAC SHA256 Result: {result}") ``` 上述代码片段展示了如何创建一个继承自抽象基类的对象,并实现了特定于 SHA-256 的 HMAC 计算逻辑。 --- ### Java 实现 HMAC-MD5 示例 下面是一个简单的例子说明如何在 Java 中生成 HmacMD5 并应用随机数作为密钥[^2]: ```java import javax.crypto.Mac; import javax.crypto.spec.SecretKeySpec; import java.security.Key; public class HmacExample { public static void main(String[] args)throws Exception{ String algorithm = "HmacMD5"; Mac macInstance = Mac.getInstance(algorithm); Key secretKey = new SecretKeySpec("secretkey".getBytes(),algorithm); macInstance.init(secretKey); byte[] textToEncryptBytes = "HellArtisan".getBytes(); byte[] encryptedTextArray = macInstance.doFinal(textToEncryptBytes); System.out.println(new sun.misc.BASE64Encoder().encode(encryptedTextArray)); } } ``` 此程序段显示了设置 MAC 实例的过程以及初始化阶段所需的参数配置。 --- ### PHP 手动实现 HMAC 当 hash_hmac 不可用时 当服务器环境不支持原生 `hash_hmac()` 函数时,可以按照如下方式重新编写其基本行为[^3]: ```php function custom_hmac($algo, $data, $key){ if(function_exists('hash_hmac')){ return hash_hmac($algo,$data,$key); } // Manual implementation starts here... $blocksize=64; if(strlen($key)>$blocksize){ $key=str_pad(hash($algo,$key,true),$blocksize,"\0"); }else{ $key=str_pad($key,$blocksize,"\0"); } $ipad=str_repeat(chr(0x36), $blocksize)^$key; $opad=str_repeat(chr(0x5c), $blocksize)^$key; return hash($algo,$opad.hash($algo,$ipad.$data)); } echo(custom_hmac('md5', 'message', 'key')); ``` 这段脚本提供了另一种途径,在缺乏必要扩展的情况下也能获得一致的结果。 ---
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