CMAC--基于分组密码的消息认证码的实现及其应用

深碍√TFBOYSˉ_ 2022-04-16 00:35 262阅读 0赞

## 前言 ##

CMAC（基于分组加密的消息认证码），一般用作消息的签名。与HMAC相同的是都需要一把秘钥来加密内容得到MAC，只是MAC的产生方法不同，一个是用hash算法，一个是用分组加密算法。两种方法具体原理参见：

[https://blog.csdn.net/kkxgx/article/details/10307663][https_blog.csdn.net_kkxgx_article_details_10307663]

实际上，CMAC-128的计算结果是128位的，而AES的密钥也是128位的，所以利用这个特性，我们可以将一个AES密钥经过CMAC生产出多个输出，这些输出可以用来做不同用途的密钥，所以，当我们一个模块需要多个密钥参与时，又不想利用用户输入过个密钥，那么这是个很好的解决办法，模块内部实现密钥的派生，我们称这个过程叫密钥的推算。

## Openssl实现CMAC生成 ##

1 #include <openssl/cmac.h>
      2 #include <openssl/evp.h>
      3 #include <stdio.h>
      4 #include <stdlib.h>
      5 #include <string.h>
      6 int main(int arg, char *argv[]){
      7     char key[17]="1234567891234567";
      8     const EVP_CIPHER* cipher = EVP_aes_128_cbc();
      9     CMAC_CTX* cmac_ctx = CMAC_CTX_new();
     10     if (!cmac_ctx){
     11         printf("create error!\n");
     12         return -1;
     13     }
     14     if (!CMAC_Init(cmac_ctx,key,16,cipher,0)){
     15         CMAC_CTX_free(cmac_ctx);
     16         printf("init error!\n");
     17         return -1;
     18     }
     19     char *meg = "adadffdfsdif2345";
     20     if(!CMAC_Update(cmac_ctx,meg,strlen(meg))){
     21         CMAC_CTX_free(cmac_ctx);
     22         printf("update error!\n");
     23         return -1;
     24     }
     25     size_t reslen;
     26     uint8_t res[128];
     27     if (!CMAC_Final(cmac_ctx, res, &reslen)) {
     28         printf("[DeriveKey(): OEMCrypto_ERROR_CMAC_FAILURE]\n");
     29         return -1;
     30     }
     31     printf("derive key len[%ld]data:\n",reslen);
     32     for(int i = 0; i < reslen; i++){
     33         printf("%x_",res[i]);
     34     }
     35     printf("\n");
     36     CMAC_CTX_free(cmac_ctx);
     37     return 0;
     38 
     39 }

运行结果：

jilinglin@ubuntu:~/SourceCode/OpensslProject/CMAC$ ./cmac   
derive key len\[16\]data:  
1\_3e\_6c\_3e\_33\_48\_1e\_64\_4b\_e3\_94\_66\_56\_2f\_ea\_93\_

## 密钥推算（派生） ##

对于秘钥的推算，我们可以采用这种方法：将一段内容固定，然后在其后分别添加计数值，这样生成的结果就会随着计数值得不同而不同。在通信双方只需传递固定的那段内容，双方都可以推算出相同的秘钥。

1 #include <openssl/cmac.h>
      2 #include <openssl/evp.h>
      3 #include <stdio.h>
      4 #include <stdlib.h>
      5 #include <string.h>
      6 int derivekey(char *msg) {
      7     char key[17]="1234567891234567";
      8     const EVP_CIPHER* cipher = EVP_aes_128_cbc();
      9     CMAC_CTX* cmac_ctx = CMAC_CTX_new();
     10     if (!cmac_ctx){
     11         printf("create error!\n");
     12         return -1;
     13     }
     14     if (!CMAC_Init(cmac_ctx,key,16,cipher,0)){
     15         CMAC_CTX_free(cmac_ctx);
     16         printf("init error!\n");
     17         return -1;
     18     }
     19     //char *meg = "adadffdfsdif2345";
     20     if(!CMAC_Update(cmac_ctx,msg,strlen(msg))){
     21         CMAC_CTX_free(cmac_ctx);
     22         printf("update error!\n");
     23         return -1;
     24     }
     25     size_t reslen;
     26     uint8_t res[128];
     27     if (!CMAC_Final(cmac_ctx, res, &reslen)) {
     28         printf("[DeriveKey(): OEMCrypto_ERROR_CMAC_FAILURE]\n");
     29         return -1;
     30     }
     31     printf("derive key len[%ld]data:\n",reslen);
     32     for(int i = 0; i < reslen; i++){
     33         printf("%x_",res[i]);
     34     }
     35     printf("\n");
     36     CMAC_CTX_free(cmac_ctx);
     37     return 0;
     38 }
     39 
     40 int main(int argc,char *argv[]){
     41     char *meg_0 = "adadffdfsdif2345";
     42     unsigned int string_len = strlen(meg_0);
     43     printf("strlen =[%d]\n",string_len);
     44     char *msg = malloc(string_len+2);
     45     memcpy(msg,meg_0,string_len);
     46     for(int i = 0; i<5; i++ ){
     47         printf("key num[%d] ",i);
     48         *(msg+string_len)= i;
     49         *(msg+string_len+1)= '\0';
     50         derivekey(msg);
     51     }
     52     free(msg);
     53     return 0;
     54 }

运行结果：

strlen =\[16\]  
key num\[0\] derive key len\[16\]data:  
1\_3e\_6c\_3e\_33\_48\_1e\_64\_4b\_e3\_94\_66\_56\_2f\_ea\_93\_  
key num\[1\] derive key len\[16\]data:  
20\_75\_a8\_67\_c7\_d4\_f5\_5b\_3\_ef\_cc\_cb\_a0\_1c\_11\_be\_  
key num\[2\] derive key len\[16\]data:  
5c\_c4\_14\_f4\_c3\_4d\_a6\_69\_fd\_79\_a2\_c8\_8e\_4a\_4f\_cf\_  
key num\[3\] derive key len\[16\]data:  
cf\_c3\_19\_e6\_8e\_ea\_c3\_c6\_c0\_34\_20\_7e\_95\_7d\_a9\_32\_  
key num\[4\] derive key len\[16\]data:  
42\_af\_a1\_c0\_2b\_f6\_1\_d9\_4b\_9c\_29\_ee\_b1\_86\_65\_c\_

自此，key的推算就完成了，例子只推算了5个key，固定消息的长度可以自己设置，输出结果都是128位（16字节）。

两个例子的编译方法：gcc -o cmac cmac.c -lcrypto -lssl

[https_blog.csdn.net_kkxgx_article_details_10307663]: https://blog.csdn.net/kkxgx/article/details/10307663