HMAC-MD5算法原理及实现

如果要通过同一个渠道发送数据和散列值的话（比如消息认证码），就要考虑数据和MD5同时被篡改的问题，如果第三方修改了数据，然后进行MD5散列，并一块发给接收方，接收方并不能察觉到数据被篡改。HMAC-MD5就可以用一把发送方和接收方都有的key进行计算，而没有这把key的第三方是无法计算出正确的散列值的，这样就可以防止数据被篡改。

以下是分析节选，对于更详细的描述可以查阅RFC2104文档。

HMAC需要一个加密用散列函数（表示为H）和一个密钥K。
假设H是一个将数据块用一个基本的迭代压缩函数来加密的散列函数。
用B来表示数据块的长。（以上说提到的散列函数的分割数据块长B=64），用L来表示散列函数的输出数据长（MD5中L=16,SHA—1中L=20）。

密钥的长度可以是小于等于数据块长的任何正整数值。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长。（与H的输出数据长度相等）。 我们将定义两个固定且不同的字符串ipad,opad：

ipad = the byte 0x36 repeated B times
opad = the byte 0x5C repeated B times
#计算‘text'的HMAC：
H( K XOR opad, H(K XOR ipad, text))

即为以下步骤:

(1) append zeros to the end of K to create a B byte string
(e.g., if K is of length 20 bytes and B=64, then K will be
appended with 44 zero bytes 0x00)
(2) XOR (bitwise exclusive-OR) the B byte string computed in step
(1) with ipad
(3) append the stream of data 'text' to the B byte string resulting
from step (2)
(4) apply H to the stream generated in step (3)
(5) XOR (bitwise exclusive-OR) the B byte string computed in
step (1) with opad
(6) append the H result from step (4) to the B byte string
resulting from step (5)
(7) apply H to the stream generated in step (6) and output
the result

void hmac_md5(char* out, char* data, int dlen, char* key, int klen)
{
(1) 在密钥key后面添加0来创建一个长为B(64字节)的字符串(str)。
(2) 将上一步生成的字符串(str)与ipad(0x36)做异或运算，形成结果字符串(istr)。
(3) 将数据流data附加到第二步的结果字符串(istr)的末尾。
(4) 做md5运算于第三步生成的数据流(istr)。
(5) 将第一步生成的字符串(str)与opad(0x5c)做异或运算，形成结果字符串(ostr)。
(6) 再将第四步的结果(istr)附加到第五步的结果字符串(ostr)的末尾。
(7) 做md5运算于第六步生成的数据流(ostr)，输出最终结果(out)。
}
#注：如果第一步中，key的长度klen大于64字节，则先进行md5运算，使其长度klen=16字节。

PHP实现：

 $size) {
        $key = str_pad(pack($pack, $algo($key)), $size, chr(0x00));
    } else {
        $key = str_pad($key, $size, chr(0x00));
    }

    for ($i = 0; $i < strlen($key) - 1; $i++) {
        $opad[$i] = $opad[$i] ^ $key[$i];
        $ipad[$i] = $ipad[$i] ^ $key[$i];
    }

    $output = $algo($opad.pack($pack, $algo($ipad.$data)));

    return ($raw_output) ? pack($pack, $output) : $output;
}

?>

Example Use:

Java 实例：

public static String hmacSha1(String value, String key) {
        try {
            // Get an hmac_sha1 key from the raw key bytes
            byte[] keyBytes = key.getBytes();           
            SecretKeySpec signingKey = new SecretKeySpec(keyBytes, "HmacSHA1");

            // Get an hmac_sha1 Mac instance and initialize with the signing key
            Mac mac = Mac.getInstance("HmacSHA1");
            mac.init(signingKey);

            // Compute the hmac on input data bytes
            byte[] rawHmac = mac.doFinal(value.getBytes());

            // Convert raw bytes to Hex
            byte[] hexBytes = new Hex().encode(rawHmac);

            //  Covert array of Hex bytes to a String
            return new String(hexBytes, "UTF-8");
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

参考：
http://www.ietf.org/rfc/rfc2104.txt
http://www.cnblogs.com/soundcode/p/3802344.html
http://www.ftsafe.com.cn/service/kbase/infomation-2
http://rc3.org/2011/12/02/using-hmac-to-authenticate-web-service-requests/
http://stackoverflow.com/questions/6312544/hmac-sha1-how-to-do-it-properly-in-java

其它(hmac 为什么要pad)：
http://blog.sibo.me/2014/05/14/hashing-security.html
http://drops.wooyun.org/papers/1066
http://blog.suchasplus.com/2011/03/HMAC-and-Password-based-authentication-protocol-memo.html
http://www.programgo.com/article/87062287928/
http://www.cnblogs.com/voipman/p/5320237.html
https://www.zhihu.com/question/26576521

哈希长度扩展攻击解析
http://www.2cto.com/Article/201405/298779.html
https://blog.skullsecurity.org/2012/everything-you-need-to-know-about-hash-length-extension-attacks