Hmac算法

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在前面讲到哈希算法时，我们说，存储用户的哈希口令时，要加盐存储，目的就在于抵御彩虹表攻击。

我们回顾一下哈希算法：

digest = hash(input)

正是因为相同的输入会产生相同的输出，我们加盐的目的就在于，使得输入有所变化：

digest = hash(salt + input)

这个 salt 可以看作是一个额外的“认证码”，同样的输入，不同的认证码，会产生不同的输出。因此，要验证输出的哈希，必须同时提供“认证码”。

Hmac 算法就是一种基于密钥的消息认证码算法，它的全称是 Hash-based Message Authentication Code，是一种更安全的消息摘要算法。

Hmac 算法总是和某种哈希算法配合起来用的。例如，我们使用 MD5 算法，对应的就是 HmacMD5 算法，它相当于“加盐”的 MD5：

HmacMD5 ≈ md5(secure_random_key, input)

因此，HmacMD5 可以看作带有一个安全的 key 的 MD5。使用 HmacMD5 而不是用 MD5 加 salt，有如下好处：

• HmacMD5 使用的 key 长度是 64 字节，更安全；
• Hmac 是标准算法，同样适用于 SHA- 1 等其他哈希算法；
• Hmac 输出和原有的哈希算法长度一致。

可见，Hmac 本质上就是把 key 混入摘要的算法。验证此哈希时，除了原始的输入数据，还要提供 key。

为了保证安全，我们不会自己指定 key，而是通过 Java 标准库的 KeyGenerator 生成一个安全的随机的 key。下面是使用 HmacMD5 的代码：

import javax.crypto.*;
import java.util.HexFormat;

public class Main {public static void main(String[] args) throws Exception {KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5");
        SecretKey key = keyGen.generateKey();
        // 打印随机生成的 key:
        byte[] skey = key.getEncoded();
        System.out.println(HexFormat.of().formatHex(skey));
        Mac mac = Mac.getInstance("HmacMD5");
        mac.init(key);
        mac.update("HelloWorld".getBytes("UTF-8"));
        byte[] result = mac.doFinal();
        System.out.println(HexFormat.of().formatHex(result));
    }
}

和 MD5 相比，使用 HmacMD5 的步骤是：

1. 通过名称 HmacMD5 获取 KeyGenerator 实例；
2. 通过 KeyGenerator 创建一个 SecretKey 实例；
3. 通过名称 HmacMD5 获取 Mac 实例；
4. 用 SecretKey 初始化 Mac 实例；
5. 对 Mac 实例反复调用 update(byte[]) 输入数据；
6. 调用 Mac 实例的 doFinal() 获取最终的哈希值。

我们可以用 Hmac 算法取代原有的自定义的加盐算法，因此，存储用户名和口令的数据库结构如下：

有了 Hmac 计算的哈希和 SecretKey，我们想要验证怎么办？这时，SecretKey 不能从 KeyGenerator 生成，而是从一个 byte[] 数组恢复：

import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
import java.util.HexFormat;

public class Main {public static void main(String[] args) throws Exception {byte[] hkey = HexFormat.of().parseHex("b648ee779d658c420420d86291ec70f5" + 
                "cf97521c740330972697a8fad0b55f5c" + 
                "5a7924e4afa99d8c5883e07d7c3f9ed0" + 
                "76aa544d25ed2f5ceea59dcc122babc8");
        SecretKey key = new SecretKeySpec(hkey, "HmacMD5");
        Mac mac = Mac.getInstance("HmacMD5");
        mac.init(key);
        mac.update("HelloWorld".getBytes("UTF-8"));
        byte[] result = mac.doFinal();
        System.out.println(HexFormat.of().formatHex(result)); // 4af40be7864efaae1473a4c601b650ae
    }
}

恢复 SecretKey 的语句就是new SecretKeySpec(hkey, "HmacMD5")。

小结

Hmac 算法是一种标准的基于密钥的哈希算法，可以配合 MD5、SHA- 1 等哈希算法，计算的摘要长度和原摘要算法长度相同。