CMAC
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简介
CMAC的工作原理
CMAC示例
简介
CMAC(Cipher-based MAC)，基于密码的MAC，是一种基于密码的MAC算法，它基于块密码算法（如AES）和一个密钥来生成认证码。
CMAC是一种对称密钥加密算法,通常与对称密钥算法（如AES）结合使用，以提供消息的完整性和真实性验证
本文主要用于安全算法验证(基于AES)，故有些名词可能不太准确，具体算法可参考 https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc4493 .
(以上来自维基百科: CMAC1或 CMAC2)
CMAC的工作原理
初始化：CMAC使用一个固定长度的密钥来初始化。密钥的长度通常与底层的对称加密算法（如AES）相关联。
分块处理：首先，将消息分成多个固定长度的块。如果消息长度不是块大小的倍数，则可以使用填充来将其填充到合适的大小。
生成子密钥：**根据初始密钥生成用于加密的子密钥。通常，CMAC使用两个不同的子密钥，分别用于生成左右两个分支的子密钥。
生成MAC：
左分支：将消息的每个块与左分支的子密钥进行加密。对于最后一个块，如果长度不够，则使用填充。
右分支：将左分支的结果进行异或运算，然后再与右分支的子密钥进行加密。
结果：将右分支的加密结果截取指定长度作为最终的认证码。
认证：将消息的认证码与生成的MAC进行比较。如果两者相匹配，则消息未被篡改，认证成功。
代号(Char)
含义(Meaning)
b
加密块的位长（bit）
K
用于AES的密钥
K1
子密钥1，用于左分支
K2
子密钥2，用于右分支
M
消息
M_i
消息块i
CMAC示例
基于python的验证代码如下:
需要安装Crypto库 :
若提示Crypto库未找到，改下库文件夹名称：
代码如下
from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Hash import CMAC
from binascii import hexlify, unhexlify
key = unhexlify('0102030405060708090a0b0c0d0e0f10')
#print("key:", key.decode())
seed = unhexlify('100f0e0d0c0b0a090807060504030201')
#print("seed:", seed.decode())
mac = CMAC.new(key,seed,ciphermod=AES)
print("AES_CMAC:",mac.hexdigest())
# result : 5becb7b36a0c7e019e9caf10f3971b00
基于c/c++的验证代码如下:
#include "aes.h"
#include "windows.h"
#include
#include
#include
/*****************************************************************************
* @description : 这部分需要自己实现，采用AES-ECB的算法
*
* @param ( uint8_t ) *key
*
* @param ( uint8_t ) *input
*
* @param ( uint8_t ) *output
*
* @return ( none )
*****************************************************************************/
void AES_128(const uint8_t *key, const uint8_t *input, uint8_t *output)
{
// 实现 AES-128 加密，或者使用其他库
int a = 16;
aes_encrypt_ecb(key, 16, input, 16, output, &a);
}
/* For CMAC Calculation */
const unsigned char const_Rb[16] = {
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x87};
const unsigned char const_Zero[16] = {
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};
/*****************************************************************************
* @description : 计算XOR的结果
*
* @param ( unsigned char ) *a 需要计算的数据
*
* @param ( unsigned char ) *b 异或的对象
*
* @param ( unsigned char ) *out 输出结果
*
* @return ( none )
*****************************************************************************/
void xor_128(unsigned char *a, const unsigned char *b, unsigned char *out)
{
int i;
for (i = 0; i < 16; i++)
{
out[i] = a[i] ^ b[i];
}
}
void print_hex(char *str, unsigned char *buf, int len)
{
int i;
for (i = 0; i < len; i++)
{
if ((i % 16) == 0 && i != 0)
printf(str);
printf("%02x", buf[i]);
if ((i % 4) == 3)
printf(" ");
if ((i % 16) == 15)
printf("\n");
}
if ((i % 16) != 0)
printf("\n");
}
void print128(unsigned char *bytes)
{
int j;
for (j = 0; j < 16; j++)
{
printf("%02x", bytes[j]);
if ((j % 4) == 3)
printf(" ");
}
}
void leftshift_onebit(unsigned char *input, unsigned char *output)
{
int i;
unsigned char overflow = 0;
for (i = 15; i >= 0; i--)
{
output[i] = input[i] << 1;
output[i] |= overflow;
overflow = (input[i] & 0x80) ? 1 : 0;
}
return;
}
void MAC_GenSubKey(unsigned char *key, unsigned char *K1, unsigned char *K2)
{
unsigned char L[16] = {
0,
};
unsigned char Z[16] = {
0,
};
unsigned char tmp[16] = {
0,
};
int i;
for (i = 0; i < 16; i++)
Z[i] = 0;
AES_128(key, Z, L);
if ((L[0] & 0x80) == 0)
{ /* If MSB(L) = 0, then K1 = L << 1 */
leftshift_onebit(L, K1);
}
else
{ /* Else K1 = ( L << 1 ) (+) Rb */
leftshift_onebit(L, tmp);
xor_128(tmp, const_Rb, K1);
}
if ((K1[0] & 0x80) == 0)
{
leftshift_onebit(K1, K2);
}
else
{
leftshift_onebit(K1, tmp);
xor_128(tmp, const_Rb, K2);
}
printf("\nLeft:\n");
for (int j = 0; j < 15; j++)
{
printf("%02x", K1[j]);
}
printf("\nRight:\n");
for (int j = 0; j < 15; j++)
{
printf("%02x", K1[j]);
}
printf("\n");
}
void padding(unsigned char *lastb, unsigned char *pad, int length)
{
int j;
/* original last block */
for (j = 0; j < 16; j++)
{
if (j < length)
{
pad[j] = lastb[j];
}
else if (j == length)
{
pad[j] = 0x80;
}
else
{
pad[j] = 0x00;
}
}
}
void AES_CMAC(unsigned char *key, unsigned char *input, int length,
unsigned char *mac)
{
unsigned char X[16], Y[16], M_last[16], padded[16];
unsigned char K1[16], K2[16];
int n, i, flag;
MAC_GenSubKey(key, K1, K2);
n = (length + 15) / 16; /* n is number of rounds */
if (n == 0)
{
n = 1;
flag = 0;
}
else
{
if ((length % 16) == 0)
{ /* last block is a complete block */
flag = 1;
}
else
{ /* last block is not complete block */
flag = 0;
}
}
if (flag)
{ /* last block is complete block */
xor_128(&input[16 * (n - 1)], K1, M_last);
}
else
{
padding(&input[16 * (n - 1)], padded, length % 16);
xor_128(padded, K2, M_last);
}
for (i = 0; i < 16; i++)
X[i] = 0;
for (i = 0; i < n - 1; i++)
{
xor_128(X, &input[16 * i], Y); /* Y := Mi (+) X */
AES_128(key, Y, X); /* X := AES-128(KEY, Y); */
}
xor_128(X, M_last, Y);
AES_128(key, Y, X);
for (i = 0; i < 16; i++)
{
mac[i] = X[i];
}
}
/**
key : 100f0e0d0c0b0a090807060504030201
seed:0102030405060708090a0b0c0d0e0f10
result: 95c6652305da28e31d6a7ab99dfd2998
**/
int main()
{
unsigned char L[16], K1[16], K2[16], T[16], TT[12];
unsigned char M[16] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09, 0x0A, 0x0B, 0x0C, 0x0D, 0x0E, 0x0F, 0x10};
unsigned char key[16] = {
0x10, 0x0F, 0x0E, 0x0D, 0x0C, 0x0B, 0x0A, 0x09, 0x08, 0x07, 0x06, 0x05, 0x04, 0x03, 0x02, 0x01};
printf("--------------------------------------------------\n");
printf("key:\n");
for (int i = 0; i < 15; i++)
{
printf("%02x", key[i]);
}
printf("\n");
MAC_GenSubKey(key, K1, K2);
printf("M ");
print_hex(" ", M, 16);
AES_CMAC(key, M, 16, T);
printf("AES_CMAC ");
print128(T);
printf("\n");
printf("--------------------------------------------------\n");
system("pause");
return 0;
}
示例数据
以下数据可供参考，用于验证算法准确性:
消息(Seed/Message)
密钥(Key)
结果(Result/Token)
100f0e0d0c0b0a090807060504030201
0102030405060708090a0b0c0d0e0f10
5becb7b36a0c7e019e9caf10f3971b00
0102030405060708090a0b0c0d0e0f10
100f0e0d0c0b0a090807060504030201
95c6652305da28e31d6a7ab99dfd2998
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