本文深入探讨了MAC算法的原理与应用，包括消息认证码的概念、MAC函数的使用及安全性考量，重点介绍了HMAC的实现方法及其背后的数学原理。通过具体的案例展示了如何在实际场景中使用MAC算法确保消息的完整性和真实性。
Message Authentication Code_消息认证码算法
内容来源于网络
部分内容摘自博客：http://blog.youkuaiyun.com/zzminer/article/details/8574287
MAC算法结合了MD5和SHA算法的优势，并加入密钥的支持，是一种更为安全的消息摘要算法。
MAC（Message Authentication Code，消息认证码算法）是含有密钥的散列函数算法，兼容了MD和SHA算法的特性，并在此基础上加入了密钥。
MAC算法主要集合了MD和SHA两大系列消息摘要算法。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。
经过MAC算法得到的摘要值也可以使用十六进制编码表示，其摘要值长度与参与实现的摘要值长度相同。例如，HmacSHA1算法得到的摘要长度就是SHA1算法得到的摘要长度，都是160位二进制，换算成十六进制编码为40位。
MAC函数
MAC(Message Authentication Code)
案例：
某公司对来自网络的欺诈性订单叫苦不迭。为了改变这种局面，公司分配给每位客户一个唯一的密钥。客户每下一个订单，均需要提供订单的MAC签名（用这个密钥计算得来）。因为公司有客户的密钥，所以自然能够验证此订单：1. 是否来自所声明的客户，2.是否被篡改了。
有很多种结合hash函数和密钥的MAC实现方法。我们假设H 是一个hash函数，‘+’ 代表连接运算. 下面的等式便代表一个能轻松实现MAC的方法:
MAC= H( key + message )
但是，上述方法存在一个严重的安全漏洞：利用大部分hash函数的内部实现机制，很容易在不知道密钥的情况下，通过附加数据到message, 便能产生一个有效的MAC
当然还有其他容易的替代方法，比如：MAC = H(message + key) 或者 H(key +message + key)。但是它们依旧存在安全隐患。
正是这些粗陋的MAC实现方法让大家意识到需要一种靠得住的MAC实现方法，这便是HMAC的由来。
HMAC(Hash-based Message Authentication Code)
下面的定义抄自[RFC2104]:
HMAC (k,m) = H ( (k XOR opad ) + H( (k XOR ipad ) + m ) )
其中
-
H 是一个Hash函数, 比如, MD5, SHA-1and SHA-256，
-
k 是一个密钥，从左到右用0填充到hash函数规定的block的长度，如果密钥长度大于block的长度，就对先对输入key作hash。
-
m 是需要认证的消息,
-
+ 代表“连接”运算，
-
XOR 代表异或运算，
-
opad 是外部的填充常数(0x5c5c5c…5c5c, 一个block长度的十六进制常数constant)，
-
ipad 是内部的填充常数 (0x363636…3636,一个block长度的十六进制常数constant)。
特定HMAC实现需要选择一个特定的hash函数。这些不同的HMAC实现通常标记为：HMAC-MD5,HMAC-SHA1, HMAC-SHA256等等.
MAC用于消息认证
消息认证码
密码学中，通信实体双方使用的一种验证机制，保证消息数据完整性的一种工具。
安全性依赖于Hash函数，故也称带密钥的Hash函数。
消息认证码是基于密钥和消息摘要【hash】所获得的一个值，目的是用于验证消息的完整性，确认数据在传送和存储过程中未受到主动攻击
Java提供的MAC算法实现
package encryption;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
/**
* MAC（Message Authentication Code，消息认证码算法）是含有密钥散列函数算法，兼容
* 了MD和SHA算法的特性，并在此基础上加入了密钥。因此，我们也常把MAC称为HMAC
* （keyed-Hash Message Authentication Code）。
* <p/>
* Java 6实现
* HmacMD5 128
* HmacSHA1 160
* HmacSHA256 256
* HmacSHA384 384
* HmacSHA512 512
*/
public class MACCoder {
/**
* 初始化HmacMD5密钥
*
* @return byte[] 密钥
* @throws Exception
*/
public static byte[] initHmacMD5Key() throws Exception {
// 初始化KeyGenerator
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5");
// 产生密钥
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
// 获得密钥
return secretKey.getEncoded();
}
/**
* HmacMD5消息摘要
*
* @param data 待做摘要处理的数据
* @param key 密钥
* @return byte[] 消息摘要
* @throws Exception
*/
public static byte[] encodeHmacMD5(byte[] data, byte[] key)
throws Exception {
// 还原密钥
SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacMD5");
// 实例化Mac
Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
// 初始化Mac
mac.init(secretKey);
// 执行消息摘要
return mac.doFinal(data);
}
/**
* 初始化HmacSHA1密钥
*
* @return byte[] 密钥
* @throws Exception
*/
public static byte[] initHmacSHAKey() throws Exception {
// 初始化KeyGenerator
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA1");
// 产生密钥
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
// 获得密钥
return secretKey.getEncoded();
}
/**
* HmacSHA1消息摘要
*
* @param data 待做摘要处理的数据
* @param key 密钥
* @return byte[] 消息摘要
* @throws Exception
*/
public static byte[] encodeHmacSHA(byte[] data, byte[] key)
throws Exception {
// 还原密钥
SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA1");
// 实例化Mac
Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
// 初始化Mac
mac.init(secretKey);
// 执行消息摘要
return mac.doFinal(data);
}
/**
* 初始化HmacSHA256密钥
*
* @return byte[] 密钥
* @throws Exception
*/
public static byte[] initHmacSHA256Key() throws Exception {
// 初始化KeyGenerator
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA256");
// 产生密钥
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
// 获得密钥
return secretKey.getEncoded();
}
/**
* HmacSHA256消息摘要
*
* @param data 待做摘要处理的数据
* @param key 密钥
* @return byte[] 消息摘要
* @throws Exception
*/
public static byte[] encodeHmacSHA256(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
// 还原密钥
SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA256");
// 实例化Mac
Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
// 初始化Mac
mac.init(secretKey);
// 执行消息摘要
return mac.doFinal(data);
}
/**
* 初始化HmacSHA384密钥
*
* @return byte[] 密钥
* @throws Exception
*/
public static byte[] initHmacSHA384Key() throws Exception {
// 初始化KeyGenerator
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA384");
// 产生密钥
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
// 获得密钥
return secretKey.getEncoded();
}
/**
* HmacSHA384消息摘要
*
* @param data 待做摘要处理的数据
* @param key 密钥
* @return byte[] 消息摘要
* @throws Exception
*/
public static byte[] encodeHmacSHA384(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
// 还原密钥
SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA384");
// 实例化Mac
Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
// 初始化Mac
mac.init(secretKey);
// 执行消息摘要
return mac.doFinal(data);
}
/**
* 初始化HmacSHA512密钥
*
* @return byte[] 密钥
* @throws Exception
*/
public static byte[] initHmacSHA512Key() throws Exception {
// 初始化
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA512");
// 产生密钥
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
// 获得密钥
return secretKey.getEncoded();
}
/**
* HmacSHA512消息摘要
*
* @param data 待做摘要处理的数据
* @param key 密钥
* @return byte[] 消息摘要
* @throws Exception
*/
public static byte[] encodeHmacSHA512(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
// 还原密钥
SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA512");
// 实例化Mac
Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
// 初始化Mac
mac.init(secretKey);
// 执行消息摘要
return mac.doFinal(data);
}
}=============END=============
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