Ich möchte Daten vor Manipulationen schützen

Wir empfehlen das Message Authentication Code (MAC)-Primitiv mit dem Schlüsseltyp HMAC_SHA256 für die meisten Anwendungsfälle.

Wenn Sie sichergehen möchten, dass niemand Ihre Daten manipulieren kann, empfehlen wir das MAC-Primitive (Message Authentication Code). Es wird ein einzelner Schlüssel verwendet, um Message Authentication Codes zu generieren und zu überprüfen. MAC verschlüsselt keine Daten. In den meisten Fällen ist es vorzuziehen, Daten mit AEAD zu schützen, was Verschlüsselung und MAC umfasst, anstatt nur MAC zu verwenden.

Die folgenden Beispiele helfen Ihnen bei den ersten Schritten mit dem MAC-Primitive:

C++

// A command-line utility for showcasing using the Tink MAC primitive.

#include <cstdlib>
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <ostream>
#include <sstream>
#include <string>
#include <utility>

#include "absl/flags/flag.h"
#include "absl/flags/parse.h"
#include "absl/log/absl_check.h"
#include "absl/status/status.h"
#include "absl/status/statusor.h"
#include "absl/strings/string_view.h"
#include "tink/config/global_registry.h"
#include "util/util.h"
#include "tink/keyset_handle.h"
#include "tink/mac.h"
#include "tink/mac/mac_config.h"

ABSL_FLAG(std::string, keyset_filename, "", "Keyset file in JSON format");
ABSL_FLAG(std::string, mode, "", "Mode of operation {compute|verify}");
ABSL_FLAG(std::string, data_filename, "", "Data file name");
ABSL_FLAG(std::string, tag_filename, "", "Authentication tag file name");

namespace {

using ::crypto::tink::KeysetHandle;
using ::crypto::tink::Mac;
using ::crypto::tink::MacConfig;

constexpr absl::string_view kCompute = "compute";
constexpr absl::string_view kVerify = "verify";

void ValidateParams() {
  // ...
}

}  // namespace

namespace tink_cc_examples {

// MAC example CLI implementation.
absl::Status MacCli(absl::string_view mode, const std::string keyset_filename,
                    const std::string& data_filename,
                    const std::string& tag_filename) {
  absl::Status result = MacConfig::Register();
  if (!result.ok()) return result;

  // Read the keyset from file.
  absl::StatusOr<std::unique_ptr<KeysetHandle>> keyset_handle =
      ReadJsonCleartextKeyset(keyset_filename);
  if (!keyset_handle.ok()) return keyset_handle.status();

  // Get the primitive.
  absl::StatusOr<std::unique_ptr<Mac>> mac_primitive =
      (*keyset_handle)
          ->GetPrimitive<crypto::tink::Mac>(
              crypto::tink::ConfigGlobalRegistry());
  if (!mac_primitive.ok()) return mac_primitive.status();

  // Read the input.
  absl::StatusOr<std::string> data_file_content = ReadFile(data_filename);
  if (!data_file_content.ok()) return data_file_content.status();

  std::string output;
  if (mode == kCompute) {
    // Compute authentication tag.
    absl::StatusOr<std::string> compute_result =
        (*mac_primitive)->ComputeMac(*data_file_content);
    if (!compute_result.ok()) return compute_result.status();
    // Write out the authentication tag to tag file.
    return WriteToFile(*compute_result, tag_filename);
  } else {  // operation == kVerify.
    // Read the authentication tag from tag file.
    absl::StatusOr<std::string> tag_result = ReadFile(tag_filename);
    if (!tag_result.ok()) {
      std::cerr << tag_result.status().message() << '\n';
      exit(1);
    }
    // Verify authentication tag.
    absl::Status verify_result =
        (*mac_primitive)->VerifyMac(*tag_result, *data_file_content);
    if (verify_result.ok()) std::clog << "Verification succeeded!" << '\n';
    return verify_result;
  }
}

}  // namespace tink_cc_examples

int main(int argc, char** argv) {
  absl::ParseCommandLine(argc, argv);

  ValidateParams();

  std::string mode = absl::GetFlag(FLAGS_mode);
  std::string keyset_filename = absl::GetFlag(FLAGS_keyset_filename);
  std::string data_filename = absl::GetFlag(FLAGS_data_filename);
  std::string tag_filename = absl::GetFlag(FLAGS_tag_filename);

  std::clog << "Using keyset from file '" << keyset_filename << "' to " << mode
            << " authentication tag from file '" << tag_filename
            << "' for data file '" << data_filename << "'." << '\n';
  std::clog << "The tag will be "
            << ((mode == kCompute) ? "written to" : "read from") << " file '"
            << tag_filename << "'." << '\n';

  ABSL_CHECK_OK(tink_cc_examples::MacCli(mode, keyset_filename, data_filename,
                                         tag_filename));
  return 0;
}

Go

import (
	"bytes"
	"fmt"
	"log"

	"github.com/tink-crypto/tink-go/v2/insecurecleartextkeyset"
	"github.com/tink-crypto/tink-go/v2/keyset"
	"github.com/tink-crypto/tink-go/v2/mac"
)

func Example() {
	// A keyset created with "tinkey create-keyset --key-template=HMAC_SHA256_128BITTAG".
	// Note that this keyset has the secret key information in cleartext.
	jsonKeyset := `{
			"key": [{
					"keyData": {
							"keyMaterialType":
									"SYMMETRIC",
							"typeUrl":
									"type.googleapis.com/google.crypto.tink.HmacKey",
							"value":
									"EgQIAxAQGiA0LQjovcydWhVQV3k8W9ZSRkd7Ei4Y/TRWApE8guwV4Q=="
					},
					"keyId": 1892702217,
					"outputPrefixType": "TINK",
					"status": "ENABLED"
			}],
			"primaryKeyId": 1892702217
	}`

	// Create a keyset handle from the cleartext keyset in the previous
	// step. The keyset handle provides abstract access to the underlying keyset to
	// limit the exposure of accessing the raw key material. WARNING: In practice,
	// it is unlikely you will want to use a insecurecleartextkeyset, as it implies
	// that your key material is passed in cleartext, which is a security risk.
	// Consider encrypting it with a remote key in Cloud KMS, AWS KMS or HashiCorp Vault.
	// See https://github.com/google/tink/blob/master/docs/GOLANG-HOWTO.md#storing-and-loading-existing-keysets.
	keysetHandle, err := insecurecleartextkeyset.Read(
		keyset.NewJSONReader(bytes.NewBufferString(jsonKeyset)))
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	// Retrieve the MAC primitive we want to use from the keyset handle.
	primitive, err := mac.New(keysetHandle)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	// Use the primitive to create a MAC tag for some data. In this case the primary
	// key of the keyset will be used (which is also the only key in this example).
	data := []byte("data")
	tag, err := primitive.ComputeMAC(data)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	// Use the primitive to verify the tag. VerifyMAC finds the correct key in
	// the keyset. If no key is found or verification fails, it returns an error.
	err = primitive.VerifyMAC(tag, data)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	fmt.Printf("tag is valid")
	// Output: tag is valid
}

Java

package mac;

import static java.nio.charset.StandardCharsets.UTF_8;

import com.google.crypto.tink.InsecureSecretKeyAccess;
import com.google.crypto.tink.KeysetHandle;
import com.google.crypto.tink.Mac;
import com.google.crypto.tink.RegistryConfiguration;
import com.google.crypto.tink.TinkJsonProtoKeysetFormat;
import com.google.crypto.tink.mac.MacConfig;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;

/**
 * A command-line utility for checking file integrity with a Message Authentication Code (MAC).
 *
 * <p>It loads cleartext keys from disk - this is not recommended!
 *
 * <p>It requires the following arguments:
 *
 * <ul>
 *   <li>mode: either 'compute' or 'verify'.
 *   <li>key-file: Read the key material from this file.
 *   <li>input-file: Read the input from this file.
 *   <li>mac-file: name of the file containing a hexadecimal MAC of the input data.
 */
public final class MacExample {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    if (args.length != 4) {
      System.err.printf("Expected 4 parameters, got %d\n", args.length);
      System.err.println("Usage: java MacExample compute/verify key-file input-file mac-file");
      System.exit(1);
    }
    String mode = args[0];
    if (!mode.equals("compute") && !mode.equals("verify")) {
      System.err.println("Incorrect mode. Please select compute or verify.");
      System.exit(1);
    }
    Path keyFile = Paths.get(args[1]);
    byte[] msg = Files.readAllBytes(Paths.get(args[2]));
    Path macFile = Paths.get(args[3]);

    // Register all MAC key types with the Tink runtime.
    MacConfig.register();

    // Read the keyset into a KeysetHandle.
    KeysetHandle handle =
        TinkJsonProtoKeysetFormat.parseKeyset(
            new String(Files.readAllBytes(keyFile), UTF_8), InsecureSecretKeyAccess.get());

    // Get the primitive.
    Mac macPrimitive = handle.getPrimitive(RegistryConfiguration.get(), Mac.class);

    if (mode.equals("compute")) {
      byte[] macTag = macPrimitive.computeMac(msg);
      Files.write(macFile, macTag);
    } else {
      byte[] macTag = Files.readAllBytes(macFile);
      // This will throw a GeneralSecurityException if verification fails.
      macPrimitive.verifyMac(macTag, msg);
    }
  }

  private MacExample() {}
}

Python

import tink
from tink import mac
from tink import secret_key_access


def example():
  """Compute and verify MAC tags."""
  # Register the MAC key managers. This is needed to create a Mac primitive
  # later.
  mac.register()

  # Created with "tinkey create-keyset --key-template=HMAC_SHA256_128BITTAG".
  # Note that this keyset has the secret key information in cleartext.
  keyset = r"""{
      "key": [{
          "keyData": {
              "keyMaterialType":
                  "SYMMETRIC",
              "typeUrl":
                  "type.googleapis.com/google.crypto.tink.HmacKey",
              "value":
                  "EgQIAxAQGiA0LQjovcydWhVQV3k8W9ZSRkd7Ei4Y/TRWApE8guwV4Q=="
          },
          "keyId": 1892702217,
          "outputPrefixType": "TINK",
          "status": "ENABLED"
      }],
      "primaryKeyId": 1892702217
  }"""

  # Create a keyset handle from the cleartext keyset in the previous
  # step. The keyset handle provides abstract access to the underlying keyset to
  # limit access of the raw key material. WARNING: In practice, it is unlikely
  # you will want to use tink.json_proto_keyset_format.parse, as it implies that
  # your key material is passed in cleartext, which is a security risk.
  keyset_handle = tink.json_proto_keyset_format.parse(
      keyset, secret_key_access.TOKEN
  )

  # Retrieve the Mac primitive we want to use from the keyset handle.
  primitive = keyset_handle.primitive(mac.Mac)

  # Use the primitive to compute the MAC for a message. In this case the primary
  # key of the keyset will be used (which is also the only key in this example).
  data = b'data'
  tag = primitive.compute_mac(data)

  # Use the primitive to verify the MAC for the message. Verify finds the
  # correct key in the keyset and verifies the MAC. If no key is found or
  # verification fails, it raises an error.
  primitive.verify_mac(tag, data)

Nachrichtenauthentifizierungscode (Message Authentication Code, MAC)

Mit dem MAC-Primitive können Sie überprüfen, ob Ihre Daten manipuliert wurden. Ein Absender, der einen symmetrischen Schlüssel mit einem Empfänger teilt, kann ein Authentifizierungstag für eine bestimmte Nachricht berechnen. So kann der Empfänger überprüfen, ob eine Nachricht vom erwarteten Absender stammt und nicht geändert wurde.

MAC hat die folgenden Eigenschaften:

  • Authentizität: Nur mit dem Schlüssel kann ein überprüfbares MAC-Tag erstellt werden.
  • Symmetrisch: Zum Berechnen und Überprüfen des Tags ist derselbe Schlüssel erforderlich.

Die MAC-Adresse kann je nach Algorithmus deterministisch oder zufällig sein. Derzeit werden in Tink keine nicht deterministischen MAC-Algorithmen implementiert. Sie sollten MAC nur für die Nachrichtenauthentifizierung verwenden, nicht für andere Zwecke wie die Generierung von pseudozufälligen Bytes (siehe PRF).

Wenn Sie stattdessen ein asymmetrisches Primitive benötigen, lesen Sie den Abschnitt Digitale Signatur.

Schlüsseltyp auswählen

Wir empfehlen die Verwendung von HMAC_SHA256 für die meisten Anwendungsfälle. Es gibt aber auch andere Optionen.

Im Allgemeinen gilt Folgendes:

  • HMAC_SHA512 kann je nach Nachrichtengröße und Hardware schneller oder langsamer sein.
  • HMAC_SHA512 ist der konservativste Modus, der für eine praktisch unbegrenzte Anzahl von Nachrichten verwendet werden kann.

  • AES256_CMAC ist auf Systemen, die die AES-NI-Hardwarebeschleunigung unterstützen, am schnellsten.

Minimale Sicherheitsgarantien

  • Mindestens 80 Bit Authentifizierungsstärke
  • Sicher vor existenzieller Fälschung bei Angriff mit gewähltem Klartext
  • Mindestens 128‑Bit-Sicherheit gegen Angriffe zur Schlüsselwiederherstellung, auch in Mehrbenutzerszenarien (wenn ein Angreifer nicht auf einen bestimmten Schlüssel abzielt, sondern auf einen beliebigen Schlüssel aus einer Menge von bis zu 232 Schlüsseln)