【密码学】消息认证

你发送给朋友一条消息（内容：明天下午来我家吃饭），这一过程中你不想让除你朋友以外的人看到消息的内容，这就叫做消息的机密性，用来保护消息机密性的方式被叫做加密机制。

现在站在朋友的视角，某一天他收到了一封来信，他怎么知道消息是谁发给他的呢？（也许你想到了，签个名不就好了，但如果有人伪造我的签名给我朋友发消息怎么办），他怎么得知消息里面的内容是真实的呢？（万一有人篡改了消息内容：“后天早上来我家吃饭”）

这时候我们想确保对消息内容的真实性和完整性（比如没有被篡改），也想确保消息来源的真实性（是我的朋友发给我的，不是其他别的什么人）。那么这就需要一种方式来对消息进行处理，用来保护消息的完整性，内容真实性和来源真实性，这种方式被叫做消息认证！

一、什么是消息认证？

消息认证（Message Authentication），也称为数据源认证，是信息安全领域的一个关键概念，主要涉及验证接收到的数据是否真实无误地来源于声称的发送方，以及数据在传输过程中是否未被篡改。消息认证确保了信息的完整性和真实性，防止中间人攻击、重放攻击等安全威胁。

【注】拿上面的例子来说明重放攻击，比如我朋友上周已经来我家吃过饭了，这周我的朋友又收到了一条消息，和上周我发他的一模一样，因为是一模一样所以我的朋友自然也就不会怀疑，他屁颠屁颠的跑来我家吃饭，结果我说我没有发消息给他，他失落的回到家，发现家里被入室盗窃了。（这只是一种重放攻击所造成的损失的假设，实际上网络安全中重放攻击更多的是重放某个获取东西的请求，这样攻击者就能通过重放攻击得到只有授权用户才能得到的响应）

消息认证的目的：消息认证的主要目的是验证消息的完整性（完整性认证）和确认消息的来源（源点认证）。它确保消息在传输过程中未被篡改，并且来自声称的发送方。

【注】在消息认证之前，收发双发就已经通过某种方式建立了信任关系，并且共享了密钥。这里更确切的说，我可以和一群人建立信任关系，我们都共享了密钥，所以消息认证并不能让我知道我收到的消息到底是谁发来的，我只知道是我信任的人（持有密钥的人）发给我的。

二、实现消息认证的方式

（1）消息认证码 MAC

消息认证码（Message Authentication Code，简称MAC）是消息认证的一种实现方式，它通常基于共享密钥，由发送方使用密钥和消息内容生成一个短的固定长度的值，然后将这个值附加在消息后面一起发送。接收方收到消息后，使用同样的密钥和消息内容重新计算MAC值，然后与接收到的MAC值进行比较，以此来验证消息的真实性和完整性。

MAC的主要特性包括：

完整性：MAC能够检测出传输过程中的任何更改，无论是无意的错误还是恶意的篡改。
真实性：由于MAC是使用共享密钥计算的，所以只有持有相同密钥的实体才能生成有效的MAC，这保证了消息来源于持有正确密钥的实体。因此消息的真实性问题转换为了如何安全的分发密钥。一旦密钥泄露那么也没有办法确认对方的真实性。
机密性：MAC本身并不提供对消息内容的加密，但是它可以与加密技术结合使用，以实现同时保护消息的隐私和完整性。