婁底網(wǎng)站建設(shè)建站,最新新聞事件今天新聞聯(lián)播,什么軟件可以搜索關(guān)鍵詞精準(zhǔn),網(wǎng)站建設(shè)與管理考試作者#xff1a;chen-trueqq.com僅供學(xué)習(xí)交流#xff0c;如有錯(cuò)誤懇請指出#xff01;一、消息認(rèn)證碼#xff08;MAC#xff09;的概念密碼學(xué)上的MAC是指消息認(rèn)證碼#xff08;Message Authentication Code#xff09;#xff0c;是一種用于保證消息的完整性和認(rèn)證性的…作者chen-trueqq.com僅供學(xué)習(xí)交流如有錯(cuò)誤懇請指出一、消息認(rèn)證碼MAC的概念密碼學(xué)上的MAC是指消息認(rèn)證碼Message Authentication Code是一種用于保證消息的完整性和認(rèn)證性的密碼學(xué)技術(shù)。它的核心目標(biāo)是解決以下兩個(gè)問題·完整性消息在傳輸過程中是否被篡改·認(rèn)證性這個(gè)消息是否確實(shí)來自正確合法的發(fā)送方注意我們在前面講到過哈希函數(shù)但是單純的哈希函數(shù)只能提供消息的完整性而無法對消息進(jìn)行認(rèn)證。1MAC的工作原理1、通信雙方Alice和Bob共享一個(gè)相同的密鑰K這是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)MAC是對稱密碼學(xué)的技術(shù)。2、發(fā)送方Alice對要發(fā)送的原始消息M 使用密鑰K和一個(gè)特定的MAC算法進(jìn)行計(jì)算生成一個(gè)固定長度的短數(shù)據(jù)塊稱為MAC值或標(biāo)簽記為Tag MAC(K, M)。3、Alice將原始消息M和計(jì)算出的Tag一起發(fā)送給Bob。4、接收方Bob收到M和Tag后使用自己持有的相同密鑰K和相同的MAC算法對收到的消息M重新計(jì)算一次Tag記為Tag_calculated MAC(K, M)。5、Bob將自己計(jì)算出的Tag_calculated與收到的Tag進(jìn)行比較如果兩者完全相同則證明·消息是完整的M沒有被篡改因?yàn)槿魏螌的修改都會(huì)導(dǎo)致MAC值完全不同?！は⑹钦J(rèn)證的發(fā)送者確實(shí)擁有密鑰K所以很可能是合法的發(fā)送方Alice。關(guān)鍵特性·密鑰依賴性沒有密鑰無法偽造有效的MAC?！た古鲎残院茈y找到兩個(gè)不同的消息產(chǎn)生相同的MAC值?！げ豢赡嫘詿o法從MAC值反推出原始消息或密鑰。圖 MAC驗(yàn)證流程2MAC的實(shí)現(xiàn)消息認(rèn)證碼MAC本質(zhì)上是一種密碼學(xué)的設(shè)計(jì)思想或安全目標(biāo)而不是某種具體的算法其核心目的是解決“消息完整性和認(rèn)證”問題。為了實(shí)現(xiàn)這一思想密碼學(xué)家設(shè)計(jì)了許多具體的算法。主要可以分為以下幾大類1、基于哈希函數(shù)的MACHash-based MACHMAC這是最常見、使用最廣泛的一類利用密碼學(xué)哈希函數(shù)如SHA-2SHA-3來構(gòu)造MAC。2、基于分組密碼的MACBlock Cipher-based MAC利用AES等分組密碼算法來構(gòu)造?！BC-MAC最古老的一種在CBC加密模式下取最后一個(gè)密文塊作為MAC。但原始CBC-MAC對變長消息不安全。·CMAC由CBC-MAC改進(jìn)而來是NIST的標(biāo)準(zhǔn)。它通過處理最后一個(gè)分組并應(yīng)用子密鑰來避免長度擴(kuò)展攻擊安全性高。比如基于AES的CMAC即AES-CMAC。3、認(rèn)證加密模式中的MACMAC within AEAD在現(xiàn)代密碼學(xué)中MAC思想常與加密功能集成形成“認(rèn)證加密”模式一次性同時(shí)提供保密性、完整性和認(rèn)證?！CMGalois/Counter Mode。它使用CTR模式加密同時(shí)利用一個(gè)在伽羅瓦域上的通用哈希函數(shù)快速生成認(rèn)證標(biāo)簽GMAC。比如AES-GCM這是目前TLS和許多協(xié)議中最主流的認(rèn)證加密模式。·CCM先將消息用CBC-MAC認(rèn)證然后用CTR模式加密。相對GCM更保守但性能稍差。二、HMACHMAC是基于哈希函數(shù)的消息認(rèn)證碼MAC簡單來說HMAC是MAC的一種具體、安全、廣泛使用的實(shí)現(xiàn)方式。它并不是一個(gè)全新的概念而是使用密碼學(xué)哈希函數(shù)如MD5SHA-1SHA-256來構(gòu)造MAC算法的一種標(biāo)準(zhǔn)化方案。以“交通工具”和“汽車”的關(guān)系作為對比·MAC就像“交通工具”它的功能是將人或物從A點(diǎn)運(yùn)送到B點(diǎn)?！MAC就像“汽車”它是一種具體、高效、廣泛使用的實(shí)現(xiàn)“交通工具”功能的方式?！さ浅恕捌嚒边€有其他實(shí)現(xiàn)“交通工具”的方式比如“自行車”CBC-MACGMAC等。1HMAC的計(jì)算公式早期人們嘗試直接用MAC HashKM的方式構(gòu)造MAC但存在一些安全弱點(diǎn)如長度擴(kuò)展攻擊。后來人們提供了一個(gè)更安全、更結(jié)構(gòu)化的方法來利用哈希函數(shù)構(gòu)建MAC那就是HMAC。公式HMAC(K, M) H( (K ⊕ opad) || H( (K ⊕ ipad) || M ) )其中·H是具體選用的底層哈希函數(shù)如MD5、SHA-256?！是共享密鑰?！是消息?！pad外填充和 ipad內(nèi)填充是固定的常量?！| 表示連接操作。·⊕ 表示異或操作。這種兩次哈希加密鑰混合的結(jié)構(gòu)有效地將密鑰與消息在哈希過程的開始和結(jié)束都綁定起來安全性得到了嚴(yán)格證明。注意HMAC是有固定的計(jì)算公式的只是可以選用不同的底層哈希函數(shù)。圖 常見HMAC算法2MAC是否具有單向性的解釋HMAC的核心構(gòu)造基于密碼學(xué)哈希函數(shù)如SHA-256而哈希函數(shù)的核心屬性之一就是單向性因此HMAC也具有單向性。但對于另一類MAC例如基于分組密碼的CBC-MAC其底層是AES這樣的可逆加解密函數(shù)。從純函數(shù)角度看如果知道密鑰AES的解密過程就是“逆運(yùn)算”。因此CBC-MAC的構(gòu)造塊本身不是數(shù)學(xué)單向函數(shù)。從密碼學(xué)安全目標(biāo)看評價(jià)一個(gè)MAC是否安全并不嚴(yán)格要求其底層是數(shù)學(xué)單向函數(shù)而是要求它滿足以下實(shí)用安全屬性這些屬性的綜合效果在功能上等同于“單向”1、計(jì)算上不可偽造這是MAC最核心的目標(biāo)。不知道密鑰 K 的攻擊者即使能獲取任意數(shù)量MTag對也無法為一條新的消息計(jì)算出有效的MAC。這被稱為“存在性不可偽造”。2、密鑰隱藏性從MAC值無法恢復(fù)出密鑰K。這是HMAC單向性直接保證的也是所有安全MAC必須有的。3、抗碰撞性很難找到兩條不同的消息產(chǎn)生相同的MAC值。因此對于CBC-MAC這類基于加密的MAC雖然AES本身可逆但密鑰K是保密的。攻擊者不知道K就無法利用AES的可逆性來進(jìn)行逆向計(jì)算。因此在不知道密鑰的前提下一個(gè)安全的CBC-MAC對于攻擊者來說表現(xiàn)得就像一個(gè)單向函數(shù)——他們無法從輸出推導(dǎo)出任何有用信息密鑰或有效的新MAC。