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hmac

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通过哈希算法,我们可以验证一段数据是否有效,方法就是对照该数据的哈希值,例如,判断用户口令是否正确,我们用保存在数据库中的password_md5对照计算md5(password)的结果,如果一致,用户输入的口令就是正确的。

为了防止黑客通过彩虹表根据哈希值反推原始口令,在计算哈希的时候,不能仅针对原始输入计算,需要增加一个salt来使得相同的输入也能得到不同的哈希,这样,大大增加了黑客破解的难度。

如果salt是我们自己随机生成的,通常我们计算MD5时采取md5(message + salt)。但实际上,把salt看做一个“口令”,加salt的哈希就是:计算一段message的哈希时,根据不通口令计算出不同的哈希。要验证哈希值,必须同时提供正确的口令。

这实际上就是Hmac算法:Keyed-Hashing for Message Authentication。它通过一个尺度算法,在计算哈希的过程中,把key混入计算过程中。

和我们自定义的加salt算法不同,Hmac算法针对所有哈希算法都通用,无论是MD5还是SHA-1。采取Hmac替代我们自己的salt算法,可以使程序算法更尺度化,也更保险。

Python自带的hmac模块实现了尺度的Hmac算法。我们来看看如何使用hmac实现带key的哈希。

我们首先需要准备待计算的原始消息message,随机key,哈希算法,这里采取MD5,使用hmac的代码如下:

>>> import hmac
>>> message = b'Hello, world!'
>>> key = b'secret'
>>> h = hmac.new(key, message, digestmod='MD5')
>>> # 如果消息很长,可以多次调用h.update(msg)
>>> h.hexdigest()
'fa4ee7d173f2d97ee79022d1a7355bcf'

可见使用hmac和普通hash算法非常类似。hmac输出的长度和原始哈希算法的长度一致。需要注意传入的key和message都是bytes类型,str类型需要首先编码为bytes

练习

将上一节的salt改为尺度的hmac算法,验证用户口令:

# -*- coding: utf-8 -*-
import hmac, random

def hmac_md5(key, s):
    return hmac.new(key.encode('utf-8'), s.encode('utf-8'), 'MD5').hexdigest()

class User(object):
    def __init__(self, username, password):
        self.username = username
        self.key = ''.join([chr(random.randint(48, 122)) for i in range(20)])
        self.password = hmac_md5(self.key, password)

db = {
    'michael': User('michael', '123456'),
    'bob': User('bob', 'abc999'),
    'alice': User('alice', 'alice2008')
}
----
def login(username, password):
    user = db[username]
    return user.password == hmac_md5(user.key, password)
----
# 测试:
assert login('michael', '123456')
assert login('bob', 'abc999')
assert login('alice', 'alice2008')
assert not login('michael', '1234567')
assert not login('bob', '123456')
assert not login('alice', 'Alice2008')
print('ok')

小结

Python内置的hmac模块实现了尺度的Hmac算法,它利用一个key对message计算“杂凑”后的hash,使用hmac算法比尺度hash算法更保险,因为针对相同的message,不同的key会发生不同的hash。


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