HMAC - 訊息完整性與身份驗證

function hmac (key, message)  
  // 步驟 1: 處理金鑰  
  if (length(key) > blocksize) then  
    // 若金鑰長度大於雜湊函式的區塊大小，則先對金鑰進行雜湊  
    key = hash(key)  
  else if (length(key) < blocksize) then  
    // 若金鑰長度小於區塊大小，則在後面補 0 直到與區塊大小相等  
    key = key || zero-padded  
  end if

  // 步驟 2: 產生內部與外部填充金鑰  
  o_key_pad = [0x5c * blocksize] XOR key  // 外部金鑰 (Outer Key)  
  i_key_pad = [0x36 * blocksize] XOR key  // 內部金鑰 (Inner Key)

  // 步驟 3: 執行雙重雜湊運算  
  // 第一次雜湊：將內部金鑰與訊息串接後進行雜湊  
  inner_hash = hash(i_key_pad || message)  
  // 第二次雜湊：將外部金鑰與第一次的雜湊結果串接後，再進行一次雜湊  
  return hash(o_key_pad || inner_hash)  
end function

import hmac  
import hashlib

def generate_hmac(key, msg):  
  """  
  使用指定的金鑰和訊息生成 HMAC-SHA256 簽章。

  Args:  
    key (bytes): 用於簽章的密鑰。  
    msg (bytes): 要簽章的訊息。

  Returns:  
    str: 十六進位格式的 HMAC 簽章。  
  """  
  # 建立一個 hmac 物件，使用 SHA256 作為雜湊演算法  
  h = hmac.new(key, msg, hashlib.sha256)  
    
  # 返回十六進位的摘要 (digest)  
  return h.hexdigest()

def verify_hmac(key, msg, signature):  
  """  
  驗證 HMAC 簽章是否有效。

  Args:  
    key (bytes): 用於簽章的密鑰。  
    msg (bytes): 要簽章的訊息。  
    signature (str): 要驗證的 HMAC 簽章 (十六進位格式)。

  Returns:  
    bool: 如果簽章有效則返回 True，否則返回 False。  
  """  
  # 重新計算一次簽章  
  expected_signature = generate_hmac(key, msg)  
    
  # 使用 hmac.compare_digest 來安全地比較兩個簽章  
  # 這樣可以防止時序攻擊 (timing attacks)  
  return hmac.compare_digest(expected_signature, signature)

# --- 主程式 ---  
if __name__ == "__main__":  
  # 1. 定義密鑰和訊息  
  # 重要：在真實應用中，密鑰絕不應該寫死在程式碼中！  
  # 密鑰和訊息都必須是位元組 (bytes) 型態，所以我們在字串前加上 'b'  
  secret_key = b'my-secret-key-is-very-secret'  
  message = b'This is the message to be signed.'

  print(f"原始訊息: {message.decode()}")  
  print(f"使用的密鑰: {secret_key.decode()}")  
  print("-" * 30)

  # 2. 發送方：生成 HMAC 簽章  
  signature = generate_hmac(secret_key, message)  
  print(f"產生的 HMAC-SHA256 簽章: {signature}")  
  print("-" * 30)

  # --- 模擬傳輸 ---  
  # 在網路中，發送方會將 `message` 和 `signature` 一起傳送給接收方。

  # 3. 接收方：驗證簽章  
  print("接收方開始驗證簽章...")  
    
  # 情況 A: 成功的驗證 (訊息和密鑰都正確)  
  is_valid = verify_hmac(secret_key, message, signature)  
  print(f"情況 A (資料未被竄改): 驗證結果 -> {'有效' if is_valid else '無效'}")

  # 情況 B: 失敗的驗證 (訊息被竄改)  
  tampered_message = b'This is the message to be SIGNED.' # 訊息被稍微修改  
  is_valid_tampered = verify_hmac(secret_key, tampered_message, signature)  
  print(f"情況 B (資料已被竄改): 驗證結果 -> {'有效' if is_valid_tampered else '無效'}")