信息摘要算法：HMAC算法分析

1、HMAC概述

HMAC算法首先它是基于信息摘要算法的。目前主要集合了MD和SHA两大系列消息摘要算法。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算法除了需要信息摘要算法外，还需要一个密钥。HMAC的密钥可以是任何长度，如果密钥的长度超过了摘要算法信息分组的长度，则首先使用摘要算法计算密钥的摘要作为新的密钥。一般不建议使用太短的密钥，因为密钥的长度与安全强度是相关的。通常选取密钥长度不小于所选用摘要算法输出的信息摘要的长度。

2、HMAC算法分析

HMAC算法本身并不复杂，起需要有一个哈希函数，我们记为H。同时还需要有一个密钥，我们记为K。每种信息摘要函数都对信息进行分组，每个信息块的长度是固定的，我们记为B（如：SHA1为512位，即64字节）。每种信息摘要算法都会输出一个固定长度的信息摘要，我们将信息摘要的长度记为L（如MD5为16字节，SHA-1为20个字节）。正如前面所述，K的长度理论上是任意的，一般为了安全强度考虑，选取不小于L的长度。

HMAC算法其实就是利用密钥和明文进行两轮哈希运算，以公式可以表示如下：

HMAC（K，M）=H（K⊕opad∣H（K⊕ipad∣M）），其中：

Ipad为0x36重复B次

Opad为0x5c重复B次

M 代表一个消息输入

根据上面的算法表示公式，我们可以描述HMAC算法的运算步骤：

（1）、检查密钥K的长度。如果K的长度大于B则先使用摘要算法计算出一个长度为L的新密钥。如果后K的长度小于B，则在其后面追加0来使其长度达到B。

（2）、将上一步生成的B字长的密钥字符串与ipad做异或运算。

（3）、将需要处理的数据流text填充至第二步的结果字符串中。

（4）、使用哈希函数H计算上一步中生成的数据流的信息摘要值。

（5）、将第一步生成的B字长密钥字符串与opad做异或运算。

（6）、再将第四步得到的结果填充到第五步的结果之后。

（7）、使用哈希函数H计算上一步中生成的数据流的信息摘要值，输出结果就是最终的HMAC值。

由上述描述过程，我们知道HMAC算法的计算过程实际是对原文做了两次类似于加盐处理的哈希过程。

HMAC的应用

hmac主要应用在身份验证中，它的使用方法是这样的：

(1) 客户端发出登录请求（假设是浏览器的GET请求）

(2) 服务器返回一个随机值，并在会话中记录这个随机值

(3) 客户端将该随机值作为密钥，用户密码进行hmac运算，然后提交给服务器

(4) 服务器读取用户数据库中的用户密码和步骤2中发送的随机值做与客户端一样的hmac运算，然后与用户发送的结果比较，如果结果一致则验证用户合法

在这个过程中，可能遭到安全攻击的是服务器发送的随机值和用户发送的hmac结果，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，绝无获取用户密码的可能性，随机值的引入使hmac只在当前会话中有效，大大增强了安全性和实用性。大多数的语言都实现了hmac算法，比如php的mhash、python的hmac.py、java的MessageDigest类，在web验证中使用hmac也是可行的，用js进行md5运算的速度也是比较快的。