Python hmac sha256介绍

一、什么是hmac sha256算法

hmac sha256是一种常见的密码杂凑算法，它可以将任意长度的数据映射为固定长度的哈希值。同时，hmac能够有效的防止长度扩展攻击。

在hmac算法中，用户需要指定一个密钥，这个密钥将在计算哈希值时被使用。通过以不同的密钥和数据进行哈希计算，hmac能够产生不同的哈希值。

在实现中，hmac sha256算法主要依赖Python标准库的hmac和hashlib模块。其中，hmac模块提供了一个通用的hmac算法实现，而hashlib模块则提供了sha256哈希算法的实现。

import hmac
import hashlib

key = b'secretkey'
data = b'message'

hash_value = hmac.new(key, data, hashlib.sha256).hexdigest()
print(hash_value)

在上面的代码中，我们首先指定了密钥key和数据data。然后，我们使用hmac.new()函数来创建一个hmac对象，并指定使用sha256哈希算法计算哈希值。最后，我们使用hexdigest()函数来获取哈希值的16进制表示。

二、hmac sha256的应用

1. 消息认证

通过hmac sha256算法，我们可以对发送方的消息进行认证，确保消息的完整性和真实性。具体来说，我们可以在发送消息时，对消息的内容进行哈希计算并加上密钥，将计算结果一起发送给对方。接收方在接收到消息后，也可以使用同样的密钥和哈希算法来验证消息的完整性。

import hmac
import hashlib

key = b'secretkey'
message = b'Hello World!'

h = hmac.new(key, message, hashlib.sha256)

# Send the message and h to the other party

# Verify the message
h2 = hmac.new(key, message, hashlib.sha256)
if hmac.compare_digest(h.digest(), h2.digest()):
    print("Message is authentic")
else:
    print("Message is not authentic")

在上面的代码中，我们将消息”Hello World!”和密钥”secretkey”作为输入，使用sha256哈希算法计算哈希值。然后，我们可以将消息和哈希值一起发送给另一方。在接收方那边，我们同样可以使用密钥和sha256算法来计算哈希值，并对比接收到的哈希值和计算出的哈希值是否一致，以此来验证消息的完整性。

2. 用户验证

hmac sha256算法也可以用于用户验证，例如在web应用中的用户登录过程中。在这种情况下，服务器会给用户分配一个随机的密钥，将该密钥和用户的密码一起进行哈希计算并将计算结果存储在服务器端。当用户登录时，服务器会重新计算哈希值，并与存储的哈希值进行比对，以此来验证用户的身份。

import hmac
import hashlib

# Server side
def create_user(username, password):
    salt = b'randomsalt'
    key = hmac.new(salt, password.encode('utf-8'), hashlib.sha256).digest()
    return (username, salt+key)

def verify_user(username, password, stored):
    salt = stored[:8]
    key = stored[8:]
    return hmac.compare_digest(key, hmac.new(salt, password.encode('utf-8'), hashlib.sha256).digest())

# Client side
stored = create_user('Alice', 'password')
print(verify_user('Alice', 'password', stored))
print(verify_user('Alice', 'wrongpassword', stored))

在上面的代码中，我们定义了两个函数create_user和verify_user，用于创建用户和验证用户身份。在create_user函数中，我们使用随机盐值和用户密码作为输入，使用hmac sha256算法计算哈希值。在verify_user函数中，我们将输入的用户名、密码和服务器存储的哈希值作为输入，进行哈希计算并比对结果。通过这种方式，我们可以有效地防止哈希碰撞和字典攻击。

三、安全注意事项

1. 密钥长度

在使用hmac sha256算法时，我们需要保证密钥足够长和随机。使用过短或者预测可能性高的密钥，会极大地降低哈希算法对抗攻击的能力。

2. 防止哈希碰撞

有些攻击者可能会尝试构造不同的消息，使得它们产生相同的哈希值，从而达到攻击的目的。为了防止这种攻击，我们可以在计算哈希值时，将密钥和消息分开计算，并使用不同的哈希函数。

3. 防止长度扩展攻击

长度扩展攻击是指攻击者将已知的哈希值和一些数据串连接起来，构造出一个新的哈希值。为了防止这种攻击，我们应该在计算哈希值时，将消息、密钥和哈希值一起作为输入，以防止新的哈希值被构造。

结论

Python hmac sha256算法是一种常见的密码杂凑算法，可以用于消息认证和用户验证等场景。在使用时需要注意密钥长度、哈希碰撞和长度扩展攻击等问题。

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