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6-4 MAC-DES 演算法
本書到目前為止，已介紹了加密演算法（秘密鑰匙系統與公開鑰匙系統）、雜湊演算法，接下來，就必須將這些技術整合在一起，建構一個完整的 MAC 系統。雖然 MAC 包含了加密演算法與雜湊演算法，但它們之間是混合在一起；至於如何混合這兩種演算法，也是值得研究的課題。 首先介紹一種最常用的 MAC 系統，它是以 DES 加密系統為基礎而建立，一般稱為『MAC-DES』演算法。這種演算法已被 FIPS 發表為標準（FIPS PUB 113），同時也成為 ANSI 的標準（X9.17）；標準規範內稱之為『資料確認演算法』（Data Authentication Algorithm, DAA），所產生的確認碼稱為『資料確認碼』（Data Authentication Code, DAC）。 MAC-DES使用 DES 的 CBC 模式（請參考第 2 章），並將起始向量設定為零，如圖 6-3 所示。MAC-DES 的運作如下：首先將欲確認的資料（訊息、紀錄、檔案、或程式）以 64 個位元為單位，分割成若干個區塊（D1, D2, …, DN），其中如有不足的部分全部補上 0。接下來，以區塊為單位，連續送給 DES 演算法運算，計算時會輸入 56 位元的加密鑰匙（或稱秘密鑰匙），輸出的密文仍為 64 個位元。前一區塊所產生的密文，與本次的區塊明文之間執行 XOR 運算，再進入 DES 演算法編碼；依此類推，直到最後區塊的密文輸出（64 bits）。由最後輸出的密文（QN）中取最高位元的若干位元（16 ~ 64 bits），作為 MAC 值（或稱 DAC）的輸出。 由此可見，MAC-DES 的特點是，將加密演算法的操作當作雜湊演算法來使用，而且也順利的將鑰匙嵌入其中。許多應用系統都是採用 DES 標準，因為較容易實現 MAC-DES 演算法。但 MAC-DES 的 MAC 長度只有 64 個位元，防禦暴力攻擊的能力有所不足；通常採用此演算法的鑰匙大多只使用一次（或是一個運作程序），以策安全。
圖 6-3 MAC-DES 運作程序 雖然 MAC-DES 是採用 56 位元鑰匙的 DES 演算法，但許多地方為了提高安全性，也漸漸採用 128 位元的 AES 演算法（如第三章介紹）。 6-5 HMAC 演算法 基本上，『訊息確認碼』（MAC）及『數位簽章』（DS）皆是利用加密演算法與雜湊演算法共同組合而成。在許多情況下，我們發現並非得利用加密演算法來建構 MAC 系統不可。若能將秘密鑰匙與訊息混合起來，再經過雜湊演算法處理，可以同時達到加密與訊息確認的功能，此種技術稱之為『雜湊訊息確認碼』（Hash Massage Authentication Code, HMAC）系統（RFC 2104）。圖 6-4 為 HMAC 的處理程序，假設通訊雙方都擁有秘密鑰匙 K；發送端將秘密鑰匙崁入訊息之中，一起計算出 MAC 碼，再附加於訊息之後傳送給接收端；接收端以同樣的方法計算出 MAC’；再比較兩者是否相同，如果相同，表示訊息與鑰匙都是正常的（當然也表示發送端並非冒充的）。
圖 6-4 HMAC 的運作程序 早期開發的雜湊演算法並非針對 MAC 而設計（在資訊安全上有許多地方會用到雜湊演算法），它也不會使用到鑰匙。因此，一昧的利用加密演算法與雜湊演算法來製造 MAC，並不是十分恰當。目前有許多研究發現，將鑰匙與訊息混合（排列方式）經過雜湊演算法計算的 HMAC 方法，反而比較受歡迎。目前 IP security 與 SSL 規範都已採用 HMAC 的訊息確認方法。 然而，HMAC 到底具備哪些優點？我們可從 RFC 2104 中所列出的 HMAC 設計目標看出，歸納如下：
前面兩項條件是 HMAC 被廣泛使用的主要原因，可將雜湊演算法視為一個『黑盒子』，如此有下列兩種優點：
在實務應用上，目前已有許多 HMAC 規範使用 MD5、SHA-1 或 ROPEMD-160 等雜湊演算法，並且可由通訊雙方協議出採用何種演算法（如 IPSec 規範）。 |
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