密码学备忘录-消息验证码MAC

1. 定义

用途

  • 实现authentication

2. 实现方式

  • 哈希
    • 其中一种实现方法称为HMAC
  • 分组密码
  • appended to message as a digest
  • 接收者进行相同计算，比较MAC前后是否一致

2.1. approach

  • 不可逆
  • 均匀分布
  • 均匀依赖每一bit消息

2.2. requirement

2.3. 区别

MAC与加密算法的区别

  • MAC算法不要求可逆，但加密算法则必须是可逆的;
  • MAC算法的输出MAC码是定长的，而加密算法输出的密文长度与明文长度有关。
  • MAC函数的设计比加密函数更为灵活

3. 基于hash函数

  • 散列函数的软件实现快于分组密码的软件实现
  • 散列函数的库代码来源广泛
  • 散列函数不使用密钥，因此不能直接用于MAC

3.1. HMAC

HMAC是基于散列函数的消息认证算法，在IPSec和其他网络协议(如SSL)中得以应用。

  • precomputation预运算

3.1.1. 安全性

依赖于底层的(underlying)哈希函数的安全性

  • 暴力破解
  • 生日攻击

3.1.2. 用途

HMAC用于身份认证

  • 先由客户端向服务器发出一个验证请求。
    服务器接到此请求后生成一个随机数并通过网络传输给客户端(挑战–Challenge)。
  • 客户端将收到的随机数提供给U盾，U盾使用该随机数与存储在U盾中的密钥进行HMAC-MD5运算并得到一个结果作为认证证据传给服务器(响应–Response)。
  • 服务器也使用该随机数与存储在服务器数据库中的该客户密钥进行HMAC-MD5运算，如果服务器的运算结果与客户端传回的响应结果相同，则认为客户端是一个合法
    用户。

4. 基于分组密码

4.1. DES-CBC

  • Data Authentication Algorithm (DAA)
  • but final MAC is now too small (64 bits) for security

4.1.1. CBC-MAC

  • 考虑CBC和CFB工作模式的特点:
    • 一个明文分组的改变，在加密时会引起相应的密文分组及其后的所有密文分组的改变。
  • 因此，可以利用分组密码的CBC和CFB工作模式来构造消息认证码。
  • 也有AES实现
- IV：0

4.1.2. CFB-MAC

基于DES的消息认证码:CFB-MAC

4.2. OMAC

  • One-Key MAC
  • 单钥MAC（OMAC）是一个由块状密码构建的消息认证码，很像CBC-MAC算法
  • CMAC是OMAC1

4.2.1. CMAC

  • daa改进
  • 3des和aes都能用
  • MSBs(X)是取位串X最左边的s位
  • L = E(K , $0^n$)
  • K1 = L • x
  • K2 = L • $x^2$ = (L • x) • x
  • 乘法（•）在域GF($2^n$)内进行

4.3. CCM

  • counter with CBC-MAC

4.4. GCM

运用了两个函数
Galois/Counter Mode (GCM)

  • GHASH – a keyed hash function
  • GCTR – CTR mode with incremented counter

4.5. CCM vs GCM

  • CCM: Message authentication (via CBC-MAC) is done on the plaintext not the ciphertext. (This is generally not a desireable feature.)
  • GCM: Message authentication (via GMAC/GHASH) is done on the ciphertext.
  • 对于大多数需要验证加密的应用来说，GCM应该被认为比CCM更有优势。由于发生了认证，GCM不容易受到比特翻转和其他攻击的影响，而这些攻击可以针对计数器模式或其他流模式

5. MAC vs HASH VS Digital signature

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Cryptographic primitive | Hash |    MAC    | Digital
Security Goal           |      |           | signature
------------------------+------+-----------+-------------
Integrity               |  Yes |    Yes    |   Yes
Authentication          |  No  |    Yes    |   Yes
Non-repudiation         |  No  |    No     |   Yes
------------------------+------+-----------+-------------
Kind of keys            | none | symmetric | asymmetric
                        |      |    keys   |    keys