报文摘要（Message Digest）和报文鉴别码（Message Authentication Code, MAC）是保障数据完整性和认证性的核心技术，常用于网络安全协议（如SSL/TLS、IPsec）和数字签名中。

报文完整性与鉴别的概念

  • 如果报文被攻击者篡改或伪造，则报文就不具备完整性。
  • 对报文进行完整性验证就是进行报文鉴别，也就是鉴别报文的真伪。
  • 使用加密技术通常就可以达到报文鉴别的目的，因为被篡改的报文解密后一般不能得到可理解的内容。

报文摘要和报文鉴别码

RSA

  • 使用报文摘要对报文进行鉴别的好处是：只对长度固定且比整个报文长度短得多的报文摘要𝑯(𝒎)进行加密，比对整个报文𝒎进行加密要简单得多。
  • 密钥𝑲仅在通信双方之间共享，没有第三方能用伪造报文产生出使用密钥𝑲加密的伪造报文摘要。
  • 附加在报文后面用于报文鉴别的码串（即加密后的报文摘要），称为报文鉴别码MAC。

密码散列函数

报文摘要算法MD实际上与帧检验序列、首部检验和等都是散列函数（Hash Function）的一种应用，用于接收方对收到的数据进行检查以便发现是否有误码。

  1. 两个特点

    • 散列函数的输入长度是可变的，并且可以很长，但其输出长度是固定的，并且较短。散列函数的输出称为散列值，也可简称为散列。
    • 不同的散列值对应不同的输入，但不同的输入却可能得出相同的散列值。换句话说，散列函数的输入和输出并非一一对应，而是多对一的。

  2. 为了抵御攻击者的篡改，报文摘要算法必须满足以下条件

    • 对于任意给定的某个报文摘要值𝑯(𝒙)，若想找到一个报文y使得𝑯(𝒚)=𝑯(𝒙)，在计算上是不可行的。
    • 若想找到任意两个报文𝒙和𝒚，使得𝑯(𝒚)=𝑯(𝒙)，在计算上是不可行的。

    满足上述两个条件表明：对于发送方产生的报文x和其相应的报文摘要H(x)，攻击者不可能伪造出另一个报文y，使得y与x具有同样的报文摘要。

    满足上述条件的散列函数就称为密码散列函数或安全散列函数。密码散列函数实际上是一种单向函数，由于无法通过报文摘要还原出原文，因此可把密码散列函数运算看作没有密钥的加密运算。

散列算法

MD5

SHA-1

散列报文鉴别码HMAC

利用密码散列函数的特殊性质，可以设计出无需对报文摘要进行加密的报文鉴别方法，只要通信双方共享一个称为鉴别密钥的秘密比特串𝒔即可。
直接使用密码散列函数实现报文鉴别的技术又称为散列报文鉴别码HMAC。

RSA

攻击者不知道仅由通信双方共享的鉴别密钥𝒔，也不能从截获的散列报文鉴别码HMAC中计算出𝒔，因此不能伪造报文𝒎’,产生（𝒎’+𝒔）的HMAC。