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Swift - 如何实现字符串的HMAC_SHA1加密

作者：hangge | 2015-09-02 12:28
（本文代码已升级至Swift4）

前段时间有个网友问是否有 Swift 的 HMAC_SHA1 算法。这次就专门写篇相关文章进行介绍。要说明 HMAC-SHA1，首先要先了解什么是 HMAC，什么是 SHA。 

一、基本概念

1，HMAC（散列消息身份验证码：Hashed Message Authentication Code）

（1）它不是散列函数，而是采用了将 MD5 或 SHA1 散列函数与共享机密密钥(与公钥／私钥对不同)一起使用的消息身份验证机制。基本来说，消息与密钥组合并运行散列函数。然后运行结果与密钥组合并再次运行散列函数。这个 128 位的结果被截断成 96 位，成为 MAC。

hmac主要应用在身份验证中，它的使用方法是这样的：
  • 1. 客户端发出登录请求（假设是浏览器的 GET 请求）
  • 2. 服务器返回一个随机值，并在会话中记录这个随机值
  • 3. 客户端将该随机值作为密钥，用户密码进行 hmac 运算，然后提交给服务器
  • 4. 服务器读取用户数据库中的用户密码和步骤2中发送的随机值做与客户端一样的 hmac 运算，然后与用户发送的结果比较，如果结果一致则验证用户合法

（2）在这个过程中，可能遭到安全攻击的是服务器发送的随机值和用户发送的 hmac 结果，而对于截获了这两个值的黑客而言这两个值是没有意义的，绝无获取用户密码的可能性，随机值的引入使 hmac 只在当前会话中有效，大大增强了安全性和实用性。大多数的语言都实现了 hmac 算法，比如 php 的 mhash、python 的 hmac.py、java 的 MessageDigest 类，在 web 验证中使用 hmac 也是可行的，用 js 进行 md5 运算的速度也是比较快的。

2，SHA（安全散列算法：Secure Hash Algorithm）

（1）这个是美国国家标准和技术局发布的国家标准 FIPS PUB 180-1，一般称为 SHA-1。其对长度不超过 264 二进制位的消息产生 160 位的消息摘要输出，按 512 比特块处理其输入。
（2）SHA 是一种数据加密算法，该算法经过加密专家多年来的发展和改进已日益完善，现在已成为公认的最安全的散列算法之一，并被广泛使用。该算法的思想是接收一段明文，然后以一种不可逆的方式将它转换成一段（通常更小）密文，也可以简单的理解为取一串输入码（称为预映射或信息），并把它们转化为长度较短、位数固定的输出序列即散列值（也称为信息摘要或信息认证代码）的过程。散列函数值可以说时对明文的一种“指纹”或是“摘要”所以对散列值的数字签名就可以视为对此明文的数字签名。

3，HMAC_SHA1（Hashed Message Authentication Code, Secure Hash Algorithm）

（1）这是一种安全的基于加密 hash 函数和共享密钥的消息认证协议。它可以有效地防止数据在传输过程中被截获和篡改，维护了数据的完整性、可靠性和安全性。HMAC_SHA1 消息认证机制的成功在于一个加密的 hash 函数、一个加密的随机密钥和一个安全的密钥交换机制。
（2）HMAC_SHA1 算法在身份验证和数据完整性方面可以得到很好的应用，在目前网络安全也得到较好的实现。

二、使用Swift进行HMAC_SHA1计算

（1）首先创建桥接头文件 bridge.h 来包含需要引用的 Objective-C 头文件，并在项目中配置
#import <CommonCrypto/CommonHMAC.h>

（2）下面是一个封装类，同时对 String 进行 HMAC 扩展。（除了 SHA1，还可以使用其它算法比如 MD5，SHA224 等） 
//HMAC.swift
import Foundation
enum CryptoAlgorithm {
    case MD5, SHA1, SHA224, SHA256, SHA384, SHA512
    
    var HMACAlgorithm: CCHmacAlgorithm {
        var result: Int = 0
        switch self {
        case .MD5:      result = kCCHmacAlgMD5
        case .SHA1:     result = kCCHmacAlgSHA1
        case .SHA224:   result = kCCHmacAlgSHA224
        case .SHA256:   result = kCCHmacAlgSHA256
        case .SHA384:   result = kCCHmacAlgSHA384
        case .SHA512:   result = kCCHmacAlgSHA512
        }
        return CCHmacAlgorithm(result)
    }
    
    var digestLength: Int {
        var result: Int32 = 0
        switch self {
        case .MD5:      result = CC_MD5_DIGEST_LENGTH
        case .SHA1:     result = CC_SHA1_DIGEST_LENGTH
        case .SHA224:   result = CC_SHA224_DIGEST_LENGTH
        case .SHA256:   result = CC_SHA256_DIGEST_LENGTH
        case .SHA384:   result = CC_SHA384_DIGEST_LENGTH
        case .SHA512:   result = CC_SHA512_DIGEST_LENGTH
        }
        return Int(result)
    }
}

extension String {
    func hmac(algorithm: CryptoAlgorithm, key: String) -> String {
        let str = self.cString(using: String.Encoding.utf8)
        let strLen = Int(self.lengthOfBytes(using: String.Encoding.utf8))
        let digestLen = algorithm.digestLength
        let result = UnsafeMutablePointer<CUnsignedChar>.allocate(capacity: digestLen)
        let keyStr = key.cString(using: String.Encoding.utf8)
        let keyLen = Int(key.lengthOfBytes(using: String.Encoding.utf8))
        
        CCHmac(algorithm.HMACAlgorithm, keyStr!, keyLen, str!, strLen, result)
        
        let digest = stringFromResult(result: result, length: digestLen)
        
        result.deallocate(capacity: digestLen)
        
        return digest
    }
    
    private func stringFromResult(result: UnsafeMutablePointer<CUnsignedChar>,
                                  length: Int) -> String {
        let hash = NSMutableString()
        for i in 0..<length {
            hash.appendFormat("%02x", result[i])
        }
        return String(hash)
    }
}

（3）测试样例 
let str = "welcome to hangge.com"
let key = "67FG"
let hmacStr = str.hmac(algorithm: .SHA1, key: key)

print("原始字符串：\(str)")
print("key：\(key)")
print("HMAC运算结果：\(hmacStr)")
运行结果如下：

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