HMAC-SHA256加密算法

一、什麼是HMAC-SHA256

HMAC-SHA256(Hash Message Authentication Code-Secure Hash Algorithm 256 bit)是一種加密算法，是SHA-256散列函數與一個密鑰結合的身份驗證方法。HMAC的安全性基於散列函數（SHA-256），而且可以通過密鑰的添加來增加信任度。此算法經常用於網絡領域中，例如 HTTPS、SSL、SSH 等加密通訊領域。

二、HMAC-SHA256算法的工作原理

在進行HMAC-SHA256算法運算時，需要傳遞兩個參數key和data，其中key是一個密鑰，data是需要進行散列的數據。算法流程如下：

1. 通過密鑰key經過一個特定的方法，將key轉換成一個value。

2. 通過異或運算符（XOR）以填充value。如果key太長，即大於block_size位，需要通過SHA-256散列函數將key壓縮到block_size位。

3. 將填充後的value和data傳遞給SHA-256哈希函數，得到一個256位的哈希值。

4. 將哈希值作為結果返回。

這樣，我們就得到了一個充分利用密鑰安全性的、結果得到哈希碼長度為256位的信息鑒別碼。由於密鑰的妥善保管和其他安全措施的增加以20毫秒為單位的運算時間會遠遠超過人類壽命的可承受範圍。

三、HMAC-SHA256的使用場景

HMAC-SHA256算法在以下場景中得到了廣泛的應用：

1. 網絡安全，例如在HTTPS、SSL和SSH這些安全連接中，使用HMAC-SHA256算法對網絡傳輸數據進行加密。

2. 數字簽名，用來對數據進行身份鑒別，保證數據傳輸的完整性，確保數據未被篡改。

3. 密碼學，HMAC-SHA256算法可作為證明算法，用來證明某個實體擁有特定的密鑰。

4. API安全驗證，在API接口請求中，使用HMAC-SHA256算法保證數據在請求和響應傳輸過程中的完整性和安全性。

四、HMAC-SHA256的代碼示例

PHP的HMAC-SHA256加密

function hmac_sha256($key, $data){
  return hash_hmac('sha256', $data, $key, true);
}

$key = 'This_is_a_secret_key';
$data = 'This_is_a_message';
echo bin2hex(hmac_sha256($key, $data));  // 266c5f26f703f459fe1d1f05e7b44e27abd65c257abd16c910712d3f8d25b0b5

Java的HMAC-SHA256加密

public static String hmacSha256(String key, String data) {
  try {
      Mac hmac_SHA256 = Mac.getInstance("HmacSHA256");
      SecretKeySpec secret_key = new SecretKeySpec(key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), "HmacSHA256");
      hmac_SHA256.init(secret_key);
      byte[] hash = hmac_SHA256.doFinal(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
      return bytesToHex(hash);
  } catch (NoSuchAlgorithmException | InvalidKeyException e) {
      throw new RuntimeException("Exception while encrypting data with HMAC-SHA256", e);
  }
}

public static String bytesToHex(byte[] bytes){
  StringBuilder builder = new StringBuilder();
  for (byte b : bytes) {
      builder.append(String.format("%02x", b & 0xff));
  }
  return builder.toString();
}

String key = "This_is_a_secret_key";
String data = "This_is_a_message";
System.out.println(hmacSha256(key, data));  // 266c5f26f703f459fe1d1f05e7b44e27abd65c257abd16c910712d3f8d25b0b5

Python的HMAC-SHA256加密

import hmac
import hashlib

def hmac_sha256(key, data):
  hmac_sha256 = hmac.new(key.encode('utf-8'), data.encode('utf-8'), hashlib.sha256).digest()
  return hmac_sha256.hex()

key = 'This_is_a_secret_key'
data = 'This_is_a_message'
print(hmac_sha256(key, data))  # 266c5f26f703f459fe1d1f05e7b44e27abd65c257abd16c910712d3f8d25b0b5