HMAC-SHA1算法詳解

一、HMAC-SHA1算法簡介

HMAC-SHA1（Hash-based Message Authentication Code）是一個基於散列函數的消息認證碼算法。它使用SHA-1散列函數，結合一個密鑰來計算消息認證碼。

在進行數據傳輸時，發送方使用HMAC-SHA1算法對數據進行簽名並加上密鑰，接收方再使用該密鑰驗證簽名的正確性，以保證數據的完整性和真實性。

二、HMAC-SHA1算法原理

HMAC-SHA1算法結合了散列函數的不可逆性和密鑰作為干擾項的特點來生成消息認證碼。它可以防止數據被篡改和偽造。

HMAC-SHA1生成消息認證碼的過程如下：

1. 選擇一個密鑰K
2. 如果K的長度大於散列函數的塊長，則對K進行散列得到一個長度為塊長的密鑰K’
3. 如果K的長度小於散列函數的塊長，則使用0填充至塊長
4. 使用(K’ XOR opad)填充初始值IV，其中opad為outer pad，IV為初始向量
5. 使用(K’ XOR ipad)填充數據D的初始值
6. 將IV和D進行混合運算，得到最終的消息認證碼

三、HMAC-SHA1算法代碼實現

import hashlib
import hmac

def hmac_sha1(key, data):
    K = key.encode('utf-8')
    D = data.encode('utf-8')
    # Step 1
    if len(K) > 64:
        K = hashlib.sha1(K).digest()
    if len(K) < 64:
        K += bytes([0] * (64 - len(K)))
    # Step 2
    K1 = bytes([b1 ^ 0x5c for b1 in K])
    K2 = bytes([b2 ^ 0x36 for b2 in K])
    # Step 3, 4 & 5
    IV = hmac.new(K1, D, hashlib.sha1).digest()
    # Step 6
    return hmac.new(K2, IV, hashlib.sha1).hexdigest()

四、HMAC-SHA1算法使用

使用HMAC-SHA1生成消息認證碼的方式有多種，以下是其中一種簡單的示例：

message = "Hello, world!"
key = "This is a secret key"
mac = hmac_sha1(key, message)
print("Message:", message)
print("Key:", key)
print("MAC:", mac)

輸出結果：

Message: Hello, world!

Key: This is a secret key

MAC: 727b5d6ccc047f83364d2ac4d1c4e9a7e6c7b7a0

五、HMAC-SHA1算法安全性

HMAC-SHA1算法的安全性得到了廣泛的認可，在實際應用中也被廣泛使用。但是，隨着計算技術和算法的發展，可能會出現對HMAC-SHA1算法的攻擊。因此，在選取密鑰的時候要儘可能選擇足夠的長度和複雜度。