HMAC算法
背景
首先说一下什么是MAC，MAC全称Message authentication code，即消息认证码。是经过特定算法后产生的一小段信息，检查某段消息的完整性，以及作身份验证。
在网络传输中，由于一般的传输通道是透明的，所以对消息进行认证是十分必要的，认证消息是否被修改，无论是恶意攻击或意外改变。一般的操作是对消息产生认证码，然后连同消息和认证码一起发送，接收方用同样的方法计算认证码，看两个认证码是否一致。
HMAC全称Hash-based message authentication code，即散列消息认证码(官方文档)是一个比较完善的消息认证码机制。是一种通过特别计算方式之后产生的消息认证码（MAC），使用密码散列函数，同时结合一个加密密钥。它可以用来保证数据的完整性，同时可以用来作某个消息的身份验证。
详细流程
调整秘钥长度
秘钥是收发双发都知晓的一个对称加密的秘钥。算法第一步要调整秘钥长度，使其和消息块长度匹配。分一下三种情况
- k<b：秘钥长度小于消息块长，这是需要在秘钥左边填充一定的0，使其等于消息块长
- k=b：不做任何处理
- k>b：对秘钥进行信息摘要，使其等于消息块长，摘要算法和HMAC中用到的散列算法一样
生成S1
将K与ipad进行异或运算生成S1，ipad = (00110110) 重复 b/8次，也就是说ipad长度和消息块长相等
填充
将消息M拼接到S1后面
消息摘要
对上一步拼接后的信息进行摘要得到H
生成S2
将K与opad进行异或运算生成S2，opad = (01011010) 重复 b/8次，也就是说opad长度和消息块长相等
填充
将前面摘要得到的H拼接到S2后面
消息摘要
对上一步拼接后的信息进行摘要得到HMAC。
整体流程还是很简单的，整体流程如下：
算法分析
HMAC主要解决的发送方的认证和消息完整性认证。首先中间涉及的秘钥只有收发双发知道，所以攻击者即使篡改消息也无法生成相应的HMAC，同样且只有持有正确秘钥的发送方才能正确生成HMAC。其次，由于摘要算法，只要消息不完整，验证也不会通过。最后，由于摘要算法是单向函数，所以无法从消息和HMAC推测秘钥。
但是HMAC也存在下面几个问题：
- 秘钥交换问题是一个普遍存在的问题，对于中间人攻击，HMAC也无能为力
- HMAC不适用与多个接收方情况，由于是对称加密，接收方并不能认证消息来自某个发送方，任何一个接收方都可以伪造消息
- 若是不同收发方使用不同的秘钥，则秘钥管理也比较困难
- 接收方也可能伪造消息，对于一个HMAC并不能判断具体是哪一方发出的。
题图来自unsplash：https://unsplash.com/photos/Anosw0HcGRk