引言

最近手头有个项目涉及到HMAC消息认证算法，要求基于国密算法SM3和C实现，即HMAC-SM3; 网上查资料：HMAC-MD5/HMAC-SHA等一大堆java/python的可用接口，却很少看到基于C语言实现的，若是再加上SM3的算法，更是少之又少; 于是乎，自己撸了一个，权当心得记录;

1 何为SM3算法？

相信很多同学听过MD5算法，但听过SM3算法估计会比较少，因为涉及到行业领域；

MD5是一种摘要算法：输入任意长度的信息，经过摘要处理，输出为128位(16字节)数据。（别称:数字指纹）；
SM3算法是国密算法中的一种，对标的是MD5算法;（另外，SM2对标RSA算法，SM4对标DES算法，ZF要求银行等金融领域均改造成国密算法）； SM3输出的摘要值为256位（32字节），其安全性更高于MD5；

2 何为HMAC算法？

HMAC是密钥相关的哈希运算消息认证码（Hash-based Message Authentication Code）的缩写; 基于MD5/SM3等摘要算法，多融入了一个Key（秘钥数组）；HMAC计算得到的完整摘要值与原摘要算法计算的一致；

3 为何要用HMac算法？

以MD5为例展开，比如通过某个镜像网站下载一个文件，下载完成后可通过本地MD5对下载的文件计算MD5值，与该网站上同文件显示的MD5值比对，一不一致就很清楚了。这是不同渠道，各自计算摘要值进行比对的案例场景;
如果要通过同一个渠道发送数据和Hash值的话（比如消息认证码），就要考虑数据和MD5同时被篡改的问题；如果第三方修改了数据，然后进行MD5 Hash，并一块发给接收方，接收方并不能察觉到数据被篡改。
HMAC-MD5就可以用一把发送方和接收方都有的key进行计算，而没有这把key的第三方是无法计算出正确的Hash的，这样就可以防止数据被篡改。

4 HMAC算法流程

以下基于HMAC-SM3说明HMAC的算法流程（其余摘要算法替换掉SM3即可）：

在HMAC的定义中用到一个密码散列函数和一个密钥Key。本说明中使用SM3作为对明文进行分组循环压缩的散列函数，明文分组长度为64(byte)，散列函数的输出长度为32(byte)。认证密钥K为随机生成。
再定义两个不同的固定字符串iPad和oPad如下("i"和"o"表示内部和外部):
再定义两个不同的固定字符串iPad和oPad如下("i"和"o"表示内部和外部):
●iPad=一个字节(byte)的 0x36重复64次;
●oPad=- 一个字节(byte)的0x5C重复64次

操作步骤如下:
1.在密钥K后面填充0,使其成为长度为64byte的字符串。
2.用第一步得到的 64byte的字符串与iPad作按位异或;
3.将消息Message附加到第二步产生的64byte字符串后面;
4.对第三步产生的数据流用散列函数SM3计算消息摘要;
5.用第一步得到的 64byte的字符串与oPad作按位异或:
6.将第四步生成的消息摘要附加到第五步的64byte字符串之后:
7.对第六步产生的数据流用散列函数SM3计算消息摘要,作为输出

以输入Message为例，作如下操作: H(K XOR oPad, H(K XOR iPad, Message))
其中H为哈希函数,也就是我们，上面的SM3；

5 HMAC-SM3基于C的代码实现

/*
========================================================================
Routine Description:HMAC using SM3 hash function
Arguments:key             Secret keykey_len         The length of the key in bytesmessage         Message contextmessage_len     The length of message in bytesmacLen          Request the length of message authentication code
Return Value:mac             Message authentication code
Note:None
========================================================================
*/
int HMAC_SM3(IN  UINT8 Key[],IN  UINT KeyLen,IN  const UINT8 Message[],IN  UINT MessageLen,OUT UINT8 MAC[],IN  UINT MACLen)
{UINT8 K0[SM3_BLOCK_SIZE];UINT8 Digest[SM3_DIGEST_SIZE];UINT index;UINT  ret;UINT8  *p_hmac_sm3_data=NULL;UINT hmac_sm3_data_len=0;UINT8 tmp_buf[SM3_BLOCK_SIZE+SM3_DIGEST_SIZE]={0};/** If the length of K = B(Block size): K0 = K.* If the length of K > B: hash K to obtain an L byte string,* then append (B-L) zeros to create a B-byte string K0 (i.e., K0 = H(K) || 00...00).* If the length of K < B: append zeros to the end of K to create a B-byte string K0*/NdisZeroMemory(K0, SM3_BLOCK_SIZE);if (KeyLen <= SM3_BLOCK_SIZE) {NdisMoveMemory(K0, Key, KeyLen);} else {    ret=mh_sm3(K0, Key, SM3_DIGEST_SIZE);if(ret!=MH_RET_SM3_SUCCESS){return RETURN_FAIL;    }}/* Exclusive-Or K0 with ipad *//* ipad: Inner pad; the byte x锟斤拷36锟斤拷 repeated B times. */for (index = 0; index < SM3_BLOCK_SIZE; index++)K0[index] ^= 0x36;/* End of for */hmac_sm3_data_len=sizeof(K0)+MessageLen;p_hmac_sm3_data = (unsigned char *)malloc(hmac_sm3_data_len);if(NULL == p_hmac_sm3_data){return RETURN_FAIL;  }NdisMoveMemory(p_hmac_sm3_data,K0,sizeof(K0));NdisMoveMemory(p_hmac_sm3_data+sizeof(K0),Message,MessageLen);ret=mh_sm3(Digest, p_hmac_sm3_data, hmac_sm3_data_len);if(ret!=MH_RET_SM3_SUCCESS){free(p_hmac_sm3_data);p_hmac_sm3_data = NULL;return RETURN_FAIL;   }/* Exclusive-Or K0 with opad and remove ipad *//* opad: Outer pad; the byte x锟斤拷5c锟斤拷 repeated B times. */for (index = 0; index < SM3_BLOCK_SIZE; index++)K0[index] ^= 0x36^0x5c;/* End of for */NdisMoveMemory(tmp_buf,K0,sizeof(K0));NdisMoveMemory(tmp_buf+sizeof(K0),Digest,sizeof(Digest));ret=mh_sm3(Digest, tmp_buf, sizeof(tmp_buf));if(ret!=MH_RET_SM3_SUCCESS){free(p_hmac_sm3_data);p_hmac_sm3_data = NULL;return RETURN_FAIL;   }free(p_hmac_sm3_data);p_hmac_sm3_data = NULL;if (MACLen > SM3_DIGEST_SIZE)NdisMoveMemory(MAC, Digest, SM3_DIGEST_SIZE);elseNdisMoveMemory(MAC, Digest, MACLen);return RETURN_SUCC;
} /* End of HMAC_SHA256 */

6 需要完整HMAC-SM3的C源码的同学可在公众号发送关键字"SM3"获取

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