openssl做HMAC实例(C++)

1、HMAC简介

（1）MAC(Message Authentication Code,消息认证码算法)，可以将其认为是含有秘钥的散列(Hash)函数算法;即兼容了MD和SHA算法，并在此基础上加上了秘钥。因此MAC算法也经常被称作HMAC算法。当然HMAC就是“基于Hash的消息认证码”英文(Hash-based Message Authentication Code)的缩写。我个人理解它主要包括两块：一个是信息摘要算法(MD/SHA等)；另外就是秘钥。

    1）HMAC基于的信息摘要算法。目前主要集合了MD和SHA两大系列消息摘要算法。其中MD系列的算法有HmacMD2、HmacMD4、HmacMD5三种算法；SHA系列的算法有HmacSHA1、HmacSHA224、HmacSHA256、HmacSHA384、HmacSHA512五种算法。

    2）秘钥。理论上密钥可以是任何长度，但是一般出于安全强度的考量不建议使用太短的秘钥。也就是说一般情况下要使用摘要算法计算密钥的摘要作为新的密钥。

（2）使用流程。你和对方共享了一个密钥K，你要发消息给对方；这个过程即要保证消息没有被篡改还要能够证明信息确实是你本人发送的。所以处理的方式是：在发送数据以前，HMAC算法对“数据块”+“约定的公钥”进行散列操作并将所生成的“摘要”附加在待发送的数据块中。当原数据块和摘要到达其目的地时，目的端也会使用HMAC算法对原数据块和公钥来生成本地摘要，如果两个摘要相匹配，那么就认为数据未被做任何篡改且消息为约定的对方本人发送。

（3）加深理解。

1）其实通过MD5、SHA1等哈希算法我们可以验证一段数据是否有效，方法就是对比该数据的哈希值。例如判断用户的口令(密码)是否正确我们用保存在数据库中的password_md5对比计算得到的md5(password),如果一致就认为用户输入的密码是正确的。

2）由于用户密码通常会设置的比较简单而且具有普遍性，如果黑客做了足够大的对照表实际上就很有可能反推出真实密码。为了防止黑客通过对照表反推到原始密码，通常在计算哈希的时候会增加一个salt以使得相同的输入(这里指不同用户的相同密码)也能达到不同的哈希(例如将每个用户的唯一id作为salt的一部分)，这样就大大的增加了破解难度。

3）实际上我们可以把上面说的salt看做是一个“口令”，所以加salt的哈希就是：计算一段message的哈希时,根据不同的口令计算出不同的哈希。即，要验证哈希值必须同时提供口令。上面的这个思路实际上就是Hmac算法了，它通过一个标准算法，在计算哈希的过程中把key混入计算过程。和我们自定义的加salt算法不同，Hmac算法针对所有的哈希算法都通用，无论是MD5还是SHA-1。其实可以认为Hmac算法和我们自定义的加salt的哈希算法本质上就是一个东西。但是使用Hmac替代我们自己的salt算法可以使程序算法更标准话，也更安全。

2、实例程序(打包代码 这里 )

（1）algo_hmac.h

#ifndef _ALGO_HMAC_H_
#define _ALGO_HMAC_H_

int HmacEncode(const char * algo,
	const char * key, unsigned int key_length,
	const char * input, unsigned int input_length,
	unsigned char * &output, unsigned int &output_length);

#endif

（2）algo_hmac.cpp

#include "algo_hmac.h"
#include <openssl/hmac.h>
#include <string.h>
#include <iostream>
using namespace std;

int HmacEncode(const char * algo, 
		const char * key, unsigned int key_length, 
		const char * input, unsigned int input_length, 
		unsigned char * &output, unsigned int &output_length) {
	const EVP_MD * engine = NULL;
	if(strcasecmp("sha512", algo) == 0) {
		engine = EVP_sha512();
	}
	else if(strcasecmp("sha256", algo) == 0) {
		engine = EVP_sha256();
	}
	else if(strcasecmp("sha1", algo) == 0) {
		engine = EVP_sha1();
	}
	else if(strcasecmp("md5", algo) == 0) {
		engine = EVP_md5();
	}
	else if(strcasecmp("sha224", algo) == 0) {
		engine = EVP_sha224();
	}
	else if(strcasecmp("sha384", algo) == 0) {
		engine = EVP_sha384();
	}
	else if(strcasecmp("sha", algo) == 0) {
		engine = EVP_sha();
	}
	else if(strcasecmp("md2", algo) == 0) {
		engine = EVP_md2();
	}
	else {
		cout << "Algorithm " << algo << " is not supported by this program!" << endl;
		return -1;
	}

	output = (unsigned char*)malloc(EVP_MAX_MD_SIZE);
	/*---------------------------------
	这块应该是相对通用的计算流程了
	--------------------------------*/
	HMAC_CTX ctx;
	HMAC_CTX_init(&ctx);
	HMAC_Init_ex(&ctx, key, strlen(key), engine, NULL);
	HMAC_Update(&ctx, (unsigned char*)input, strlen(input));	// input is OK; &input is WRONG !!!

	HMAC_Final(&ctx, output, &output_length);
	HMAC_CTX_cleanup(&ctx);	

	return 0;
}

（3）main.cpp

#include "algo_hmac.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <string>
using namespace std;

int main(int argc, char * argv[])
{
	if(argc < 2) {
		//参数指定hash算法,支持HmacEncode列举的那些
		cout << "Please specify a hash algorithm!" << endl;
		return -1;
	}

	char key[] = "fasdkgjl;asdfjg;dsfjgasdsr";//secret key
	string data = "/pic/small/3007024147/8ba5a744-f48d-4ba2-b93f-da17e7f52dff";//要加密传输的数据

	unsigned char * mac = NULL;
	unsigned int mac_length = 0;
	
	int ret = HmacEncode(argv[1], key, strlen(key), data.c_str(), data.length(), mac, mac_length);	
	
	if(0 == ret) {
		cout << "Algorithm HMAC encode succeeded!" << endl;
	}
	else {
		cout << "Algorithm HMAC encode failed!" << endl;
		return -1;
	}

	cout << "mac length: " << mac_length << endl;
	cout << "mac:";
	for(int i = 0; i < mac_length; i++) {
		printf("%-03x", (unsigned int)mac[i]);
	}
	cout << endl;
	
	if(mac) {
		free(mac);
		cout << "mac is freed!" << endl;
	}

	return 0;
}

（4）Makefile

LNK_OPT = -g -L/usr/lib64/ -lssl  -L/lib64/ -lcrypto

all:
	rm -f *.o
	rm -f test
	g++ -g -c algo_hmac.cpp
	g++ -g main.cpp -o test algo_hmac.o $(LNK_OPT)

clean:
	rm -f *.o
	rm -f test

3、执行效果

执行效果如下：

各种算法得到的摘要长度如下：

参考：用OpenSSL 做HMAC（C++）_yasi_xi的博客-CSDN博客_openssl/hmac.h

4、HMAC相关函数

官网   /docs/man1.0.2/man3/HMAC_CTX_cleanup.html

主要涉及如下函数:

HMAC, HMAC_CTX_init, HMAC_Init, HMAC_Init_ex, HMAC_Update, HMAC_Final, HMAC_CTX_cleanup, HMAC_cleanup - HMAC message authentication code

注：其中 HMAC_CTX_cleanup 作用如下。如果结尾处不调用此函数的话会导致内存泄漏。

HMAC_CTX_cleanup() erases the key and other data from the HMAC_CTX and releases any associated resources. It must be called when an HMAC_CTX is no longer required.

关于遗漏 HMAC_CTX_cleanup 引发的内存泄漏的实际测试可以参照这篇文章。

https://blog.csdn.net/mijichui2153/article/details/126412532?csdn_share_tail=%7B%22type%22%3A%22blog%22%2C%22rType%22%3A%22article%22%2C%22rId%22%3A%22126412532%22%2C%22source%22%3A%22mijichui2153%22%7D