.NET(C#)：中的基於雜湊演算法的訊息認證碼（HMAC）

基於雜湊演算法的訊息認證碼（HMAC：Hash-based Message Authentication Code ）在.NET也可以很輕鬆地實現。

 

在目前的.NET Framework中（.NET 4.0）HMAC位於如下位置：

HMAC繼承與HashAlgorithm，後者代表抽象的雜湊（散列）演算法，而他的直接父類：KeyedHashAlgorithm代表有密鑰的雜湊演算法。KeyHashAlgorithm定義了新的屬性成員Key代表密鑰。而HMAC類還定義了BlockSizeValue代表HMAC處理塊的大小（單位：位元）。

這就是HMAC相比.NET中的常規雜湊演算法（HashAlgorithm類）的區別，並沒有加入太多複雜的東西。

 

最後注意HMAC是基於一個雜湊演算法的，HMAC的安全程度也跟這個背後的雜湊演算法緊緊相關，你可以選擇MD5, SHA1, SHA256, SHA512……等許多雜湊演算法。

著我們利用HMAC做一個簡單的資料驗證方法。

首先利用HMAC對資料進行簽名，我們把根據密鑰計算好的雜湊值儲存在資料內容的前面，最後返回整個位元組數組：

//資料簽名

static byte[] SignData(byte[] key, byte[] data, HMAC alg)

{

    //設定密鑰

    alg.Key = key;

    //計算雜湊值

    var hash = alg.ComputeHash(data);

    //返回具有簽名的資料（雜湊值+數組本身）

    return hash.Concat(data).ToArray();

}

 

資料認證則是先提取收到的雜湊值和資料內容，最後再利用金鑰組收到的資料內容進行雜湊值的計算，拿這個計算好的雜湊值和收到的雜湊值作比較，如果相同則資料完整，不同則資料已經被修改。

//資料認證

static bool VerityData(byte[] key, byte[] data, HMAC alg)

{

    //提取收到的雜湊值

    var receivedHash = data.Take(alg.HashSize >> 3);

    //提取資料本身

    var dataContent = data.Skip(alg.HashSize >> 3).ToArray();

    //設定密鑰

    alg.Key = key;

    //計算資料雜湊值和收到的雜湊值

    var computedHash = alg.ComputeHash(dataContent);

    //如果相等則資料正確

    return receivedHash.SequenceEqual(computedHash);

}

 

而如果一個被簽名的資料被修改了，那麼根據雙方都知道的密鑰就可以判斷出資料不完整（已被修改）。

完整代碼：

static void Main()

{

    //使用SHA1的HMAC

    HMAC hmac = HMACSHA1.Create();

 

    //來源資料

    var data = new byte[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };

    //密鑰

    var key = new byte[100];

 

    //建立一個隨即密鑰

    using (var rng = RandomNumberGenerator.Create())

    {

        rng.GetBytes(key);

    }

 

    //對資料進行簽名

    var signedData = SignData(key, data, hmac);

    //輸出資料

    PrintData(signedData, hmac);

    //認證

    Console.WriteLine(VerityData(key, signedData, hmac) ? "資料正確" : "資料已被修改");

 

    //故意修改資料（將來源資料的5修改成4）

    signedData[(hmac.HashSize >> 3) + 4] = 4;

    //輸出資料

    PrintData(signedData, hmac);

    //認證

    Console.WriteLine(VerityData(key, signedData, hmac) ? "資料正確" : "資料已被修改");

 

}

 

//資料簽名

static byte[] SignData(byte[] key, byte[] data, HMAC alg)

{

    //設定密鑰

    alg.Key = key;

    //計算雜湊值

    var hash = alg.ComputeHash(data);

    //返回具有簽名的資料（雜湊值+數組本身）

    return hash.Concat(data).ToArray();

}

 

//資料認證

static bool VerityData(byte[] key, byte[] data, HMAC alg)

{

    //提取收到的雜湊值

    var receivedHash = data.Take(alg.HashSize >> 3);

    //提取資料本身

    var dataContent = data.Skip(alg.HashSize >> 3).ToArray();

    //設定密鑰

    alg.Key = key;

    //計算資料雜湊值和收到的雜湊值

    var computedHash = alg.ComputeHash(dataContent);

    //如果相等則資料正確

    return receivedHash.SequenceEqual(computedHash);

}

 

static void PrintData(byte[] data, HMAC alg)

{

    Console.WriteLine("雜湊值: {0}\n檔案值: {1}",

        BitConverter.ToString(data.Take(alg.HashSize >> 3).ToArray()),

        BitConverter.ToString(data.Skip(alg.HashSize >> 3).ToArray()));

}

 

輸出：

雜湊值: 39-FD-E8-2D-3C-0D-5F-A5-53-7A-37-3C-9B-F6-17-D9-CC-0D-FC-90

檔案值: 01-02-03-04-05-06-07

資料正確

 

雜湊值: 39-FD-E8-2D-3C-0D-5F-A5-53-7A-37-3C-9B-F6-17-D9-CC-0D-FC-90

檔案值: 01-02-03-04-04-06-07

資料已被修改

當來源資料的5被改成4後便無法通過認證了。