10.MAC算法

MAC算法，可以理解为是一种带密钥的Hash算法 　　‍

Hash算法的缺点

考虑以下场景：

• 我们需要发送一段消息，先通过Hash算法计算出Hash值（也叫摘要值），然后一起发送给接收方；
• 接收方收到消息后，对消息进行计算，也得到一个哈希值，然后两个摘要值比较，如果一样，则说明数据是对的。

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乍一看，好像上述的示例是没什么问题的，但是一旦遇到“中间人攻击”：

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直接将你消息和摘要都改了，你是无法知道数据在传输过程被篡改了。

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一句话：Hash算法只可以验证数据的完整性，在传输过程中数据没有被别人篡改过部分内容，或者因网络问题丢失部分数据；但是无法保证传输过程中，整体的数据有没有篡改。

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MAC算法

MAC算法，全称Message Authentication Codes，也是一种消息摘要算法，也叫消息认证码算法。这种算法的核心是基于秘钥的散列函数。可以简单这样理解，MAC算法是MD5算法和SHA算法的升级版，是在这两种算法的基础上，又加入了秘钥的概念，所以会更加安全。

密钥就好比是我们之前讲的盐，然后通过哈希算法，对密钥+消息 计算出摘要值

严格来说，MAC有很多实现方式，比较常见的是基于哈希算法的MAC。

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使用MAC算法后，数据校验的过程：

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发送方根据消息和密钥，生成MAC值；然后发送消息和MAC值。

接收方收到消息和MAC值，也根据消息和密钥算出MAC值，然后比较。

如果中间有人修改消息，那么计算出来的MAC值是不同的，因此保护了消息的完整性和真实性（没有被人篡改过）

MAC 密钥通常是共享的秘密密钥，只有消息的发送方和接收方知道。保护MAC key的安全性非常重要，一旦泄露，攻击者可以使用它来伪造或篡改消息，从而破坏消息的完整性和可信性。

至于MAC密钥怎么传输，我们暂且不表，先知道MAC算法是什么。

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MAC算法的种类

MAC算法是含有密钥的散列算法的总称，就好比哈希算法分为MD系列和SHA系列等。MAC算法也是依赖具体某个哈希算法的，并在其基础上添加了密钥支持，因此也被称为HMAC算法，可以划分为：

• MD分支：Hmac-MD2、Hmac-MD4、Hmac-MD5。
• SHA分支：Hmac-SHA1、Hmac-SHA256、Hmac-SHA512、Hmac-SHA224等

MAC算法应用于很多场景，如Linux客户端的SecureCRT，Google身份验证器、银联pos机终端等，都可以看到MAC算法的影子，现在已经成为事实上的Internet安全标准。

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HMAC算法

Hmac，全称Hash-based Message Authentication Code，是一种更安全的消息摘要算法。

HmacMD5可以看作带有一个安全的key（盐）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。

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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：

package chapter12Hash;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import java.math.BigInteger;

public class Hash5HMAC {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        KeyGenerator keygen = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5");
        SecretKey key = keygen.generateKey();   //随机生成一个key
        Mac mac = Mac.getInstance("HmacMD5");
        mac.init(key);
        mac.update("HelloWorld".getBytes("UTF-8"));
        byte[] result = mac.doFinal();
        System.out.println(new BigInteger(1, result).toString(16));
    }
}

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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，然后就可以用来存储密码了，此时表结构类似：

username	secret_key (64 bytes)	password
bob	a8c06e05f92e...5e16	7e0387872a57c85ef6dddbaa12f376de
alice	e6a343693985...f4be	c1f929ac2552642b302e739bc0cdbaac
tim	f27a973dfdc0...6003	af57651c3a8a73303515804d4af43790

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恢复SecretKey

除了从KeyGenerator​生成SecretKey​之外，我们还可以从一个​byte[]​数组恢复​SecretKey​：

package chapter12Hash;


import java.util.Arrays;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
public class HashDemo6SecretKeySpec  {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        byte[] hkey = new byte[] { 106, 70, -110, 125, 39, -20, 52, 56, 85, 9, -19, -72, 52, -53, 52, -45, -6, 119, -63,
                30, 20, -83, -28, 77, 98, 109, -32, -76, 121, -106, 0, -74, -107, -114, -45, 104, -104, -8, 2, 121, 6,
                97, -18, -13, -63, -30, -125, -103, -80, -46, 113, -14, 68, 32, -46, 101, -116, -104, -81, -108, 122,
                89, -106, -109 };

        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(Arrays.toString(result));
        //[126, 59, 37, 63, 73, 90, 111, -96, -77, 15, 82, -74, 122, -55, -67, 54]
    }
}

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