消息验证码（Message Authentication Code）

消息认证码（MAC）是一种基本的密码学原语，用于验证消息的完整性和真实性。它作为一种手段，确保消息在传输过程中未被篡改或修改，并确实是来自声称的发送者。

1. 定义和目的

MAC 是一小段用于认证消息并确认其完整性的信息。它使用加密算法和发送方与接收方共享的密钥生成。MAC 的主要目的是提供保证，即消息未经修改或伪造。

2. 生成过程

MAC 的生成过程包括以下步骤：

• 消息摘要： 原始消息通过加密哈希函数处理，生成固定长度的摘要或哈希值。

• 带键哈希： 摘要然后与共享的密钥一起使用加密算法（如 HMAC - 基于哈希的消息认证码）组合，生成 MAC。

3. 验证过程

在接收消息及其相关 MAC 后，接收方执行以下步骤以验证其真实性：

• 重新计算 MAC： 接收方使用相同的加密算法和共享的密钥为接收到的消息计算 MAC。

• 比较： 计算得到的 MAC 与接收到的 MAC 进行比较。如果它们匹配，表明消息未被篡改且来自预期的发送者。

4. 安全性属性

MAC 提供了几个关键的安全属性，对于确保安全通信至关重要：

• 消息完整性： MAC 确保消息在传输过程中未被篡改或修改。

• 认证： MAC 提供认证，通过验证发送者的身份。只有拥有密钥的各方才能生成有效的 MAC。

• 不可否认性： MAC 可用于提供不可否认性，确保发送者无法否认发送特定消息。

5. 常见算法

用于实现 MAC 的各种加密算法，包括：

• HMAC（基于哈希的消息认证码）： 将加密哈希函数与密钥结合起来生成 MAC。

• CMAC（基于密码的消息认证码）： 使用块密码生成 MAC，提供高效且安全的认证。

6. 应用

MAC 广泛应用于各种密码协议和应用程序中，包括：

• 安全通信： 用于协议如 TLS（传输层安全）和 IPsec（Internet Protocol Security）中，确保网络上的安全通信。

• 数据完整性： 在文件完整性检查机制中使用，验证下载文件的完整性。

• 认证： 用于数字签名中，对签名者的身份进行认证，并确保签署文件的完整性。

总之，MAC 是现代密码学的关键组成部分，在各种应用程序和协议中提供消息完整性、认证和不可否认性等关键安全服务。其健壮性取决于底层加密算法的强度和共享密钥的保密性。

MAC 的工作流程

MAC 的工作流程包括以下步骤：

1. 密钥共享： 发送方和接收方共享一个密钥，用于生成和验证 MAC。

2. 生成 MAC：

   • 发送方使用共享密钥和加密算法对消息进行哈希计算，生成消息的摘要。
   • 摘要与密钥再次输入加密算法，生成 MAC。
   • 发送方将消息与生成的 MAC 一起发送给接收方。

3. 接收和验证：

   • 接收方接收到消息和关联的 MAC。
   • 接收方使用共享密钥和相同的加密算法重新计算消息的摘要，并与接收到的 MAC 进行比较。
   • 如果重新计算的

   MAC 与接收到的 MAC 相匹配，则消息通过验证，接收方可以信任消息的完整性和真实性。

通过这个流程，MAC 确保了消息的完整性和真实性，同时提供了对消息发送者身份的验证。