Hmac算法

廖雪峰
资深软件开发工程师，业余马拉松选手。

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。