1. 什么是消息认证码

        消息认证码(Message Authentication Code)是一种确认完整性并进行认证的技术，取三个单词的首字母，简称为MAC。

        消息认证码的输入包括任意长度的消息和一个发送者与接收者之间共享的密钥，它可以输出固定长度的数据，这个数据称为MAC值。

        根据任意长度的消息输出固定长度的数据，这一点和单向散列函数很类似。但是单向散列函数中计算散列值时不需要密钥，相对地，消息认证码中则需要使用发送者与接收者之间共享的密钥。

        要计算MAC必须持有共享密钥，没有共享密钥的人就无法计算MAC值，消息认证码正是利用这一性质来完成认证的。此外，和单向散列函数的散列值一样，哪怕消息中发生1比特的变化，MAC值也会产生变化，消息认证码正是利用这一性质来确认完整性的。

        消息认证码可以简单理解为是一种与密钥相关联的单向散列函数。

单向散列函数与消息认证码的比较

2. 消息认证码的密钥配送问题

        在消息认证码中，需要发送者和接收者之间共享密钥，而这个密钥不能被主动攻击者Mallory 获取。如果这个密钥落入Mallory手中，则Mallory也可以计算出MAC值，从而就能够自由地进行篡改和伪装攻击，这样一来消息认证码就无法发挥作用了。

        发送者和接收者需要共享密钥，这一点和对称密码很相似。实际上，对称密码的密钥配送问题在消息认证码中也同样会发生。要解决密钥配送问题，我们需要像对称密码一样使用一些共享密钥的方法，例如公钥密码、Diffie-Hellman密钥交换、密钥分配中心，或者使用其他安全的方式发送密钥等。至于使用哪种配送方法，则需要根据具体的目的来进行选择。

3. 什么是HMAC

        HMAC是一种使用单向散列函数来构造消息认证码的方法(RFC2104)，其中HMAC的H就是Hash的意思。HMAC 中所使用的单向散列函数并不仅限于一种，任何高强度的单向散列函数都可以被用于HMAC，如果将来设计出新的单向散列函数，也同样可以使用。

        使用SHA-1、SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512所构造的HMAC，分别称为HMAC-

SHA1、HMAC-SHA-224、HMAC-SHA-256、HMAC-SHA-384、HMAC-SHA-512。

4. HMAC的步骤

        HMAC中是按照下列步骤来计算MAC值，如下图所示。

 （1）密钥填充

        如果密钥比单向散列函数的分组长度要短，就需要在末尾填充0，直到其长度达到单向散列函数的分组长度为止。如果密钥比分组长度要长，则要用单向散列函数求出密钥的散列值，然后将这个散列值用作HMAC的密钥。

（2）填充后的密钥与ipad 的XOR

        将填充后的密钥与被称为ipad的比特序列进行XOR运算。ipad是将00110110这一比特序列(即16进制的36)不断循环反复直到达到分组长度所形成的比特序列，其中ipad的i是inner(内部)的意思。

        XOR 运算所得到的值，就是一个和单向散列函数的分组长度相同，且和密钥相关的比特序列。这里我们将这个比特序列称为ipadkey。

  （3）与消息组合

        随后，将ipadkey与消息进行组合，也就是将和密钥相关的比特序列(ipadkey)附加在消息的开头。

（4）计算散列值

        将（3）的结果输入单向散列函数，并计算出散列值。

（5）填充后的密钥与opad 的 XOR

        将填充后的密钥与被称为opad的比特序列进行xoR运算。opad是将01011100这一比特序列(即16进制的5C)不断循环反复直到达到分组长度所形成的比特序列，其中opad 的o是outer(外部)的意思。

        XOR 运算所得到的结果也是一个和单向散列函数的分组长度相同，且和密钥相关的比特序列。这里我们将这个比特序列称为opadkey。

（6）与散列值组合

        将（4）的散列值拼在opadkey后面。

（7）计算散列值

        将（7）的结果输入单向散列函数，并计算出散列值。这个散列值就是最终的MAC值。

        通过上述流程我们可以看出，最后得到的MAC值，一定是一个和输入的消息以及密钥都相关的长度固定的比特序列。