消息认证码

消息认证码	说明
作用	对消息进行认证并确认其完整性的技术，但不能保证消息的机密性
原理	使用发送者和接收者之间共享的密码，识别是否存在伪装或篡改
实用技术	单向散列函数和对称加密技术
存在问题	由于收发双方共享相同密钥，因此无法对第三方证明以及无法防止否认

认证加密是将消息认证码与对称加密相结合，同时满足消息机密性、完整性以及认证三大功能。

由于使用对称密码，发送者和接收者均可以生成消息认证码，因此对于第三方来说无法证明消息是由发送者生成的，即消息认证码无法防止否认。

消息特性	说明
完整性	判断消息在传递过程中是否被篡改
认证	判断消息是否来自正确的发送者，是否被伪装

介绍

术语	说明
消息认证码（Message Authentication Code）	一种确认完整性并进行认证的技术，简称MAC
输入	任意长度的消息和一个收发双方共享的密钥
输出	固定长度的数据，称为MAC值

使用收发双方的共享密钥来完成认证（没有密钥的人无法计算MAC值）；使用MAC值来确认消息完整性。

消息认证码是一种于密钥相关联的单向散列函数。

步骤

sequenceDiagram participant 发送者 participant 接收者 autonumber 发送者 ->> 接收者: 共享密钥发送者 ->> 发送者: 使用密钥和消息计算MAC值发送者 ->> 接收者: 消息+MAC值接收者 ->> 接收者: 使用密钥和消息计算MAC值接收者 ->> 接收者: 对比计算得到的MAC值和接收的

如果两个MAC值相同，则发送者通过认证；如果不一致，则发送者被伪装。

共享密钥的配送问题可以参考对称加密的密钥配送问题的解决方式。

应用实例

SWIFT

Society for Worldwide Interbank Financial Telecommuncation（环球银行金融电信协会），用于提供信息网络进行通讯并交换标准化金融报文，为国际银行间的交易保驾护航。

银行之间通过SWIFT传递消息，为了确认消息的完整性以及对消息进行验证，SWIFT中使用了消息认证码。

在使用公钥密码进行密钥交换之前，消息认证码所使用的共享密钥是由人来进行配送的。

分组密码的密钥作为消息认证码的共享密钥。
使用CBC模式将消息全部加密。
将除最后一个分组的密文部分用作MAC值，其他全部丢弃（消息认证码不需要解密）。

CBC模式的最后一个分组会受到整个消息以及密钥的双重影响，可以用作消息认证码。例如AES-CMAC（Information on RFC 4493 » RFC Editor (rfc-editor.org)）

CTR模式本质上是对递增的计数器值进行加密，因此可以通过对若干个分组进行并行处理来提高运行速度。

CTR模式加密与MAC值的计算使用相同的密钥，在密钥管理方面比较容易。

专门用于消息认证码的GCM称为GMAC。

HMAC

HMAC是一种使用单向散列函数来构造消息认证码的方法（Information on RFC 2104 » RFC Editor (rfc-editor.org)）。

HMAC中所使用的单向散列函数并没有限制，任何可靠的单向散列函数都可以被使用。

使用SHA-1、SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512构造的HMAC，名称分别为HMAC-SHA-1、HMAC-SHA-224、HMAC-SHA-256、HMAC-SHA-384、HMAC-SHA-512。

步骤

1、密钥填充

if 输入密钥长度 < 单向散列函数分组长度:
    末尾填充0, 直到长度=单向散列函数分组长度
else
    call 单向散列函数(输入密钥): 获得单向散列函数分组长度密钥(用作HMAC密钥)

2、填充后的密钥与ipad的XOR

将填充后的密钥与被称之为ipad的比特序列进行XOR运算。

术语	说明
ipad	将`00110110`（16进制的36）比特序列不断循环反复直到达到分组长度所形成的比特序列。
ipadkey	XOR运算得到的值，一个和单向散列函数的分组长度相同，且和密码相关的比特序列。

术语	说明
opad	将`01011100`（16进制的5C）比特序列不断循环反复直到达到分组长度所形成的比特序列。
opadkey	XOR运算得到的值，一个和单向散列函数的分组长度相同，且和密码相关的比特序列。

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