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1、HMAC 认证协议的单片机实现摘要：HMAC 是一种基于密钥的 Hash 算法的认证协议，可以应用于电子商务领 域。我们通过国有自主知识产权的单片机 ZQ032SA，实现了以 MD5 算法为核心 的 HMAC 协议，并把它调用于 IP 电话计费认证系统。 关键词：关键词：HMAC ZQ032SA（6805） MD5 IP 电话引言引言在开放的通信和计算机系统中，建立安全可靠的电子商务平台是十分重要的。 通常需要通过加密的方法对客户的有关信息，如密码、合同等加以保护，使之 不被盗取或篡改。当客户提出服务申请时，必须对客户身份的合法性、报文的 完整性进行确认。HMAC（Keyed-Hashing
2、for Message Authentication）是一个公开的协议。它 是一种基于密钥的报文完整性的验证方法，其安全性是建立在 Hash 算法基础上 的。它要求通信双方共享密钥、约定算法、对报文进行 Hash 运算，如 MD5、SHA、RIPEMD 等，形成固定长度的认证码。通信双方通过认证码的校验来 确定报文的合法性。这个协议可以用来作加密、数字签名、报文验证等。利用 HMAC 协议可以建立一个身份认证的电子商务平台，客户和服务端双方需要 预先约定唯一的公钥和加密算法；客户单方面保留自己密码作为密钥，服务端 只保留公钥和认证码。这个认证码是密钥经 HMAC 协议加密得到定长码字。当客 户
3、提出服务申请时，应提交钥和密钥的认证码。服务端通过公钥确认客户的基 本身份，再检验认证码确定客户的合法性。这样，客户的私密信息在服务端、 传输媒介中都是加密隐藏的。我们利用服务器建立了服务端的模拟用户数据库，单片机实现客户端的加密算 法，电话线作为传输介质，实现了 HMAC 协议在 IP 电话计费系统中的应用。1 1 HMACHMAC 的算法原理的算法原理1.1 HMAC 算法定义用公式表示如下：HMAC=H（key xor opad,H(key xor ipad,text)）H（X，Y）代表 对 X+Y 的消息进 行一种 Hash 运 算；ipad 代表重复 B 次的单字节十六进制常数 0x
4、36；opad 代表重复 B 次的单字节十六进行常数 0x5c；key 代表 64 字节的字符串，由密钥组成，不足的补 0；text 代表任意长度文本。密钥L 字节。当大于 B 时，先经 Hash 计算形成 L 字节的秘钥（B 是 Hash 算法 中一次迭代运算的数据块字节数；L 是 Hash 算法形成报文摘要的字节数）。HMAC 协议定义了迭代两次的 Hash 加密算法，最终形成报文摘要（DIGEST）值 就是认证码。基于算法的可靠性、安全性和易于计算机实现特性，先用 Hash 中 的 MD5 算法实现 HMAC，其 B=64,L=16。1.2 MD5 算法定义MD5 算法以对任意长度消息多
5、次循环迭代的散列运算，最终形成 16 Byte 报文 摘要。这个摘要对文本具有唯一性，可作为认证码。在目标计算机的计算速度 下，这个摘要是难于破解的。（1）报文填充MD5 算法要求对任意长度报文进行填充，构成 N64 Byte 消息分组，N 为整数。 其中每一分组又划分为 16 个 4 字节子分组。填充数据分 2 步。首先，填充使得数据位长度恰好为（N64-8）Byte 的数， 即在报文有效数据后补 1 个 0x1，其它补 0x0 至满足上述要求。然后，再后补上 8 字节（64 位）的报文数据长度（填充前字节数）。这样，数据就被填充为 64Byte（512bit）的整数倍。（2）初始化 MD5
6、 参数4 个 4 字节位变量 （A、B、C、D）用来作为报 文摘要的初始值：A=0x01234567B=0x89abcdefC=0xfedcba98D=0x76543210(3)算法MD5 算法是对消息分组依次迭代算法。第 1 次运算的初始值为 ABCD，以后每一 次迭代运算的结果都替换 ABCD 作为下一次的初始值，共经过 N 次的迭代运算， 就得到该消息的报文摘要，如图 1 所示。对每一消息分组的运算方法是相同的。首先把初始值 ABCD 放入变量 abcd，然 后进行 4 轮相似的运算变换，每轮包含 16 次操作。每次操作对其中的 3 个变量 （4 字节）bcd 做 1 次非线性运算，将其
7、结果加上变量 a,一个消息子分组 Mi， 一个常数 Ti；将所得结果向环移一个不定的数 Si,再加变量 b，然后用该结果 取代变量 a,变换 abcd=dabc，进入下一次运算，共 16 次，如图 2 所示。4 轮 运算结束后，把变量 abcd 与初始 ABCD 进行“异或”运算，结果作为下一分组 的初始值。计算公式如下：第 1 轮：SUB_FF(a,b,c,d,Mi,Si,Ti):a=b+(a+F(b,c,d)+Mi+Ti)Si)第 2 轮：SUB_GG（a,b,c,d,Mi,Si,Ti）：a=b+(a+G(b,c,d)+Mi+Ti)Si)第 3 轮：SUB_HH（a,b,c,d,Mi,Si,Ti）:a=b+(a+H(b,c,d)+Mi+Ti)Si)第 4 轮：SUB_II（a,b,c,d,Mi,Si,Ti）：a=b+(a+I(b,c,d)+Mi+Ti)Si)数据交换规则： a,b,c,dd,a,b,cc,d,a,b, b,c,d,a最终：ABCD=ABCD+abcd其中：Mi 为 16 个信息子包，每个 4 字 节；Ti 为 4 字节常数;Si 为左移位数； abcd 为 32 位变量；初始值为 ABCD。函数：F（X，Y，Z）=X ;
