2024年3月28日发(作者：)

gmac原理

GMAC原理解析

什么是GMAC

GMAC是Galois Message Authentication Code（载泊利·希马桐

麦阿塔恐咖）的缩写，是一种基于密码学的消息认证码。它使用了

Galois/Counter Mode (GCM) 加密模式，能够同时提供消息的完整性

和认证性。

为什么需要GMAC

在信息传输过程中，确保消息的完整性和认证性是至关重要的。

完整性指的是确保消息在传输过程中不被篡改，认证性指的是能够验

证消息的发送者是合法的。

GMAC的工作原理

GMAC是一种认证码，它使用了GCM模式的加密算法。下面我们来

详细解析GMAC的工作原理：

1. 选择合适的密钥: GMAC使用128位或256位的密钥

来进行加密和认证。密钥的选择很重要，应当使用足够强大和随

机的密钥以提高安全性。

2. 将明文分成多个块: 要对一段明文进行GMAC认证，

需要将其划分为多个（通常是128位）的块。每个块称为一个

Additional Authentication Data (AAD)。

3. 生成一个随机的Initialization Vector (IV): IV

是一个随机数，通常使用96位。它与密钥一起用于初始化加密

算法和认证算法，保证每次认证的唯一性。

4. GMAC的认证过程:

– 使用IV和密钥初始化加密算法和认证算法，得到一个加密

器（Encryption Function）和一个认证器

（Authentication Function）。

– 将明文块一个接一个地通过加密器进行加密运算，并且将

加密后的结果输出为密文。

– 每个明文块同时也通过认证器进行运算，生成一个

Authentication Tag（AuthTag）。

– The AuthTag is generated by the Authentication

Function using the Authentication Data (AAD), the

ciphertext, and the final counter value.

– 在每个块的加密和认证过程之间，加密算法和认证算法使

用一种称为Galois Field (GF) 的特殊数学运算进行交互。

– 最终，GMAC输出一个认证标签（Authentication Tag），

它的长度通常是128位。

5. 认证验证:

– 接收方使用与发送方相同的密钥、IV和认证算法进行认证

验证。

– 将接收到的密文输入加密算法中，并且将生成的

Authentication Tag与发送方传递过来的Authentication

Tag进行比较。

– 如果两个Authentication Tag相同，说明消息是完整和合

法的；如果不同，说明消息被篡改，验证失败。

GMAC的应用场景

GMAC主要用于加密和认证网络通信中的数据。它在安全协议（如

TLS和IPsec）和存储设备（如SSD、HDD）中得到广泛应用。由于它的

高效性和安全性，GMAC在保护数据传输中发挥了关键作用。

总结 GMAC是一种基于GCM模式的消息认证码，能够提供消息的

完整性和认证性。通过选择合适的密钥、划分明文块、生成随机的IV，

并经过加密和认证算法的运算，可以生成Authentication Tag。接收

方使用相同的密钥和算法进行验证，以确保消息未被篡改。GMAC在网

络通信和存储设备中的应用广泛且重要。

GMAC的优势

GMAC相比于其他认证码有以下几个优势：

1. 高安全性: GMAC使用128位或256位的密钥，并且

利用了GCM模式的安全性特性，提供了更高的安全性。它使用了

AES加密算法，被广泛认为是目前最安全和最可靠的加密算法之

一。

2. 高效性: GMAC采用了并行计算的方式，能够同时进

行加密和认证的运算。这样可以减少计算时间和系统资源的消耗，

提高了效率。

3. 灵活性: GMAC可以在不同的应用和环境中使用。它

适用于不同大小的消息和数据块，并且可以应用于各种不同的通

信协议和存储设备。

4. 不可预测性: GMAC中使用了随机的IV来初始化加密

和认证算法，保证了认证标签的唯一性。这增加了攻击者猜测和

破解的难度。

5. 抗攻击能力: GMAC对常见的攻击（如重放攻击和中

间人攻击）具有较好的抵抗能力。它使用了GCM模式提供的加密、

认证和验证功能，可以有效抵御各种类型的攻击。

GMAC的局限性

尽管GMAC具有很多优势，但也存在一些局限性：

1. 密钥管理: GMAC的安全性依赖于密钥的有效管理和

保护。如果密钥被泄漏或者管理不当，会导致认证失效。

2. 计算复杂性: GMAC的计算复杂性较高，特别是对于

大型数据块的加密和认证操作。这可能会对计算资源和性能产生

一定的负担。

3. 依赖于加密模式: GMAC是基于GCM模式的，因此对

于不支持GCM模式的应用和设备，无法直接使用GMAC。

尽管存在一些局限性，但GMAC作为一种安全高效的消息认证码仍

然被广泛应用于各种领域。

结论

GMAC是一种基于GCM模式的消息认证码，它能够提供消息的完整

性和认证性，具备高安全性、高效性、灵活性和抗攻击能力等优势。

它广泛应用于网络通信和存储设备中，保护数据传输的安全。但需要

注意密钥管理和计算复杂性等局限性。尽管如此，GMAC仍然是一种非

常重要和有效的安全手段，为数据传输提供了可靠的保护。