HMAC認證協(xié)議的ZQ032SA單片機實現(xiàn)
引言
在開放的通信和計算機系統(tǒng)中，建立安全可靠的電子商務平臺是十分重要的。通常需要通過加密的方法對客戶的有關(guān)信息，如密碼、合同等加以保護，使之不被盜取或篡改。當客戶提出服務申請時，必須對客戶身份的合法性、報文的完整性進行確認。
HMAC（Keyed-Hashing for Message Authentication）是一個公開的協(xié)議。它是一種基于密鑰的報文完整性的驗證方法，其安全性是建立在Hash算法基礎(chǔ)上的。它要求通信雙方共享密鑰、約定算法、對報文進行Hash運算，如MD5、SHA、RIPEMD等，形成固定長度的認證碼。通信雙方通過認證碼的校驗來確定報文的合法性。這個協(xié)議可以用來作加密、數(shù)字簽名、報文驗證等。
利用HMAC協(xié)議可以建立一個身份認證的電子商務平臺，客戶和服務端雙方需要預先約定唯一的公鑰和加密算法；客戶單方面保留自己密碼作為密鑰，服務端只保留公鑰和認證碼。這個認證碼是密鑰經(jīng)HMAC協(xié)議加密得到定長碼字。當客戶提出服務申請時，應提交鑰和密鑰的認證碼。服務端通過公鑰確認客戶的基本身份，再檢驗認證碼確定客戶的合法性。這樣，客戶的私密信息在服務端、傳輸媒介中都是加密隱藏的。
我們利用服務器建立了服務端的模擬用戶數(shù)據(jù)庫，單片機實現(xiàn)客戶端的加密算法，電話線作為傳輸介質(zhì)，實現(xiàn)了HMAC協(xié)議在IP電話計費系統(tǒng)中的應用。
1 HMAC的算法原理
1.1 HMAC算法定義
用公式表示如下：
HMAC=H（key xor opad,H(key xoripad,text)）
H（X，Y）代表對X+Y的消息進行一種Hash運算；
ipad代表重復B次的單字節(jié)十六進制常數(shù)0x36；
opad代表重復B次的單字節(jié)十六進行常數(shù)0x5c；
key代表64字節(jié)的字符串，由密鑰組成，不足的補0；
text代表任意長度文本。
密鑰≥L字節(jié)。當大于B時，先經(jīng)Hash計算形成L字節(jié)的秘鑰（B是Hash算法中一次迭代運算的數(shù)據(jù)塊字節(jié)數(shù)；L是Hash算法形成報文摘要的字節(jié)數(shù)）。
HMAC協(xié)議定義了迭代兩次的Hash加密算法，最終形成報文摘要（DIGEST）值就是認證碼。基于算法的可靠性、安全性和易于計算機實現(xiàn)特性，先用Hash中的MD5算法實現(xiàn)HMAC，其B=64,L=16。
1.2 MD5算法定義
MD5算法以對任意長度消息多次循環(huán)迭代的散列運算，最終形成16 Byte報文摘要。這個摘要對文本具有唯一性，可作為認證碼。在目標計算機的計算速度下，這個摘要是難于破解的。
（1）報文填充
MD5算法要求對任意長度報文進行填充，構(gòu)成N×64 Byte消息分組，N為整數(shù)。其中每一分組又劃分為16個4字節(jié)子分組。
填充數(shù)據(jù)分2步。首先，填充使得數(shù)據(jù)位長度恰好為（N×64-8）Byte的數(shù)，即在報文有效數(shù)據(jù)后補1個0x1，其它補0x0至滿足上述要求。然后，再后補上8字節(jié)（64位）的報文數(shù)據(jù)長度（填充前字節(jié)數(shù)）。這樣，數(shù)據(jù)就被填充為64Byte（512bit）的整數(shù)倍。
（2）初始化MD5參數(shù)
4個4字節(jié)位變量（A、B、C、D）用來作為報文摘要的初始值：
A=0x01234567
B=0x89abcdef
C=0xfedcba98
D=0x76543210
(3)算法
MD5算法是對消息分組依次迭代算法。第1次運算的初始值為ABCD，以后每一次迭代運算的結(jié)果都替換ABCD作為下一次的初始值，共經(jīng)過N次的迭代運算，就得到該消息的報文摘要，如圖1所示。
