java安全（四）HMAC 哈希消息认证

简述

HMAC（消息认证算法）可以理解就是带有秘钥的的摘要算法，它兼容MD和SHA算法的特性，并在此基础上加入了秘钥。（对摘要算法不了解的可以看我的上一篇博客 这里的摘要算法也是以MD5为例）

原理



算法公式 ： HMAC（K，M）=H（K⊕opad∣H（K⊕ipad∣M））

　　　　　　H 代表所采用的HASH算法(如MD5)

　　　　　　K 代表认证密码

　　　　　　Ko 代表HASH算法的密文

　　　　　　M 代表一个消息输入

　　　　　　B 代表H中所处理的块大小，这个大小是处理块大小，而不是输出hash的大小

　　　　　　

　　　　　　如，SHA-1和SHA-256 B和MD5的 B= 64

　　　　　　SHA-384和SHA-512的 B = 128

　　　　　　L 表示hash的大小 MD5的L=128、SHA-1的L=160。其他的不再一一介绍。

　　　　　　Opad 用0x5c重复B次

　　　　　　Ipad 用0x36重复B次

看到这里好晕呀，那么接下来一MD5作为摘要算法来介绍这个加密算法：

1.K:秘钥 它的长度根据摘要算法处理的数据块B的大小来确定的，这里是64位 若秘钥K的长度不足64位 则需要使用0来补位达到64位，太短的秘钥是不受欢迎的 因为太短了安全性就会降低；若秘钥的长度刚好等于64位 就不用处理了；若秘钥的长度大于64位，则需要先对秘钥做摘要算法计算把结果作为秘钥key。

2.Opad 为重复64次的0x5c 就是64个0x5c组成的串。

3.同理 Ipad 是64个0x36组成的串。

(这里有个疑问 若秘钥长度小于等于64 则秘钥处理后变成长度为64的秘钥 若秘钥长度大于64 则秘钥处理后就变成了长度位128的秘钥 他和ipad和opad是如何做与或运算呢？）

算法需要的材料已备好，开始加密了.

1.用处理好的秘钥和inpad做异或运算 生成S1。

2.将待加密的数据放到S1后面 做摘要算法 这里是MD5摘要 生成H。

3.用处理好的秘钥和Opad做异或运算 生成S2。

4.将第三步的H和S2拼接到一起 用MD5做摘要 生成最终的HMAC的密文。

java代码

package util;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

/**
* @ClassName   : MAC
* @Description : java中提供了 HmacMD5、HmacSHA1、HmacSHA256、HmacSHA384和HmacSHA512四中算法支持
* @author      : wangdx
* @date        : 2016-3-15 下午10:05:49
*
*/
public class MAC {

public static byte[] initHmacMD5Key()throws Exception{
//初始化 KeyGenerator
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5");
// 产生秘钥
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
//获得秘钥
return secretKey.getEncoded();

}

public static byte[] encodeHmacMD5(byte[] data,byte[] key)throws Exception{
//还原秘钥
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);
}

public static byte[] initHmacSHAKey()throws Exception{
//初始化 KeyGenerator
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA1");
// 产生秘钥
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
//获得秘钥
return secretKey.getEncoded();

}

public static byte[] encodeHmacSHA(byte[] data,byte[] key)throws Exception{
//还原秘钥
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);
}

public static byte[] initHmacSHA256Key()throws Exception{
//初始化 KeyGenerator
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA256");
// 产生秘钥
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
//获得秘钥
return secretKey.getEncoded();

}

public static byte[] encodeHmacSHA256(byte[] data,byte[] key)throws Exception{
//还原秘钥
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);
}

public static byte[] initHmacSHA384Key()throws Exception{
//初始化 KeyGenerator
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA384");
// 产生秘钥
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
//获得秘钥
return secretKey.getEncoded();

}

public static byte[] encodeHmacSHA384(byte[] data,byte[] key)throws Exception{
//还原秘钥
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);
}

public static byte[] initHmacSHA512Key()throws Exception{
//初始化 KeyGenerator
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA512");
// 产生秘钥
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
//获得秘钥
return secretKey.getEncoded();

}

public static byte[] encodeHmacSHA512(byte[] data,byte[] key)throws Exception{
//还原秘钥
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);
}

}

package test;

import static org.junit.Assert.*;

import org.junit.Test;

import util.MAC;

public class MACTest {

/**
* @Title       : testEncodeHmacMD5
* @Description : 测试HmacMD5
* @return      : void    返回类型
* @throws
*/
@Test
public final void testEncodeHmacMD5()throws Exception{
String str = "测试一";
//初始化秘钥
byte[] key = MAC.initHmacMD5Key();
//获得摘要信息
byte[] data1 = MAC.encodeHmacMD5(str.getBytes(), key);
byte[] data2 = MAC.encodeHmacMD5(str.getBytes(), key);
//校验
assertArrayEquals(data1, data2);
}

/**
* @Title       : testEncodeHmacSHA
* @Description : 测试 HmacSHA
* @return      : void    返回类型
* @throws
*/
@Test
public final void testEncodeHmacSHA()throws Exception{
String str = "测试二";
//初始化秘钥
byte[] key = MAC.initHmacSHAKey();
//获得摘要信息
byte[] data1 = MAC.encodeHmacSHA(str.getBytes(), key);
byte[] data2 = MAC.encodeHmacSHA(str.getBytes(), key);
//校验
assertArrayEquals(data1, data2);
}

@Test
public final void testEncodeHmacSHA256()throws Exception{
String str = "测试二";
//初始化秘钥
byte[] key = MAC.initHmacSHA256Key();
//获得摘要信息
byte[] data1 = MAC.encodeHmacSHA256(str.getBytes(), key);
byte[] data2 = MAC.encodeHmacSHA256(str.getBytes(), key);
//校验
assertArrayEquals(data1, data2);
}

@Test
public final void testEncodeHmacSHA384()throws Exception{
String str = "测试二";
//初始化秘钥
byte[] key = MAC.initHmacSHA384Key();
//获得摘要信息
byte[] data1 = MAC.encodeHmacSHA384(str.getBytes(), key);
byte[] data2 = MAC.encodeHmacSHA384(str.getBytes(), key);
//校验
assertArrayEquals(data1, data2);
}

@Test
public final void testEncodeHmacSHA512()throws Exception{
String str = "测试二";
//初始化秘钥
byte[] key = MAC.initHmacSHA512Key();
//获得摘要信息
byte[] data1 = MAC.encodeHmacSHA512(str.getBytes(), key);
byte[] data2 = MAC.encodeHmacSHA512(str.getBytes(), key);
//校验
assertArrayEquals(data1, data2);
}

}

典型应用

HMAC的一个典型应用是用在“质疑/应答”（Challenge/Response）身份认证中。

认证流程

(1) 先由客户端向服务器发出一个验证请求。

(2) 服务器接到此请求后生成一个随机数并通过网络传输给客户端（此为质疑）。

(3) 客户端将收到的随机数提供给ePass，由ePass使用该随机数与存储在ePass中的密钥进行HMAC-MD5运算并得到一个结果作为认证证据传给服务器（此为响应）。

(4) 与此同时，服务器也使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-MD5运算，如果服务器的运算结果与客户端传回的响应结果相同，则认为客户端是一个合法用户