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哈希消息认证码 (HMAC)
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:link_to_translation:`en:[English]`
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哈希消息认证码 (HMAC) 是一种安全的身份认证技术，支持使用预共享的密钥验证消息的真实性和完整性。利用烧录在 eFuse 块中的密钥，HMAC 可以为生成 SHA256-HMAC 提供硬件加速。
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更多有关应用操作流程，及 HMAC 计算过程的详细信息，请参阅 **{IDF_TARGET_NAME} 技术参考手册** > **HMAC 加速器 (HMAC)** [`PDF <{IDF_TARGET_TRM_CN_URL}#hmac>`__]。
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通用应用方案
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现有 A、B 双方，他们都需要验证对方发送消息的真实性和完整性。那么在开始发送消息前，双方应通过安全通道交换密钥。
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要验证来自 A 的信息，B 可遵循以下步骤：
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- A 计算要发送的消息的 HMAC。
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- A 将消息及消息的 HMAC 一并发送给 B。
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- B 自行计算所接收消息的 HMAC。
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- B 检查接收到的 HMAC 是否与计算得出的 HMAC 匹配。
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若两个 HMAC 匹配，消息为真。
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但 HMAC 本身还可以应用于更多场景，如支持 HMAC 的挑战-应答协议，或作为更多安全模块（详见下文）的密钥输入等。
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{IDF_TARGET_NAME} 上的 HMAC
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在 {IDF_TARGET_NAME} HMAC 模块的 eFuse 中会烧录一个密钥，可将该 eFuse 密钥设置为禁止所有外部资源访问，避免密钥泄露。
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此外，在 {IDF_TARGET_NAME} 上的 HMAC 有以下三种应用场景：
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#. HMAC 支持软件使用
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#. HMAC 用作数字签名 (DS) 的密钥
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#. HMAC 用于启用软禁用的 JTAG 接口
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第一种应用场景称为 **上行** 模式，后两种应用场景称为 **下行** 模式。
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HMAC 的 eFuse 密钥
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在 {IDF_TARGET_NAME} 中，有六个物理 eFuse 块可用作 HMAC 的密钥，分别是块 4 到块 9。在 API 中，枚举类型 :cpp:enum:`hmac_key_id_t` 将这些块映射为 ``HMAC_KEY0`` ~ ``HMAC_KEY5``。
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每个密钥都有相应的 eFuse 参数 **密钥功能 (key purpose)**，决定密钥应用于 HMAC 的哪种应用场景。
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.. list-table::
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:widths: 15 70
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:header-rows: 1
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* - 密钥功能
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- 应用场景
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* - 8
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- HMAC 支持软件使用
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* - 7
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- HMAC 用作数字签名 (DS) 的密钥
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* - 6
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- HMAC 启用软禁用的 JTAG 接口
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* - 5
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- HMAC 既用作数字签名 (DS) 的密钥，又用于启用 JTAG 接口
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这样一来，可以确保密钥用于原定场景。
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要计算 HMAC，软件必须同时提供包含密钥的密钥块 ID，以及 **密钥功能** （详情请参阅 **{IDF_TARGET_NAME} 技术参考手册** > **eFuse 控制器 (eFuse)** [`PDF <{IDF_TARGET_TRM_CN_URL}#efuse>`__])。
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在进行 HMAC 密钥计算前，HMAC 会验证软件所提供密钥块的功能。在软件所提供 ID 的对应密钥块中，eFuse 存储了密钥块的功能。只有当软件所提供密钥块的功能与 eFuse 中存储的密钥块功能匹配，才会继续进行计算。
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HMAC 支持软件使用
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密钥功能值：8
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在此情况下，HMAC 支持软件使用，如验证消息真实性等。
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API :cpp:func:`esp_hmac_calculate` 用于计算 HMAC。输入参数包括消息、消息长度以及包含密钥的 eFuse 密钥块 ID，且该密钥块的 eFuse 密钥功能设置为上行模式。
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HMAC 用作数字签名 (DS) 的密钥
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密钥功能值：7、5
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HMAC 可用作密钥派生函数，解码数字签名模块使用的私钥参数。在此情况下，硬件使用标准信息进行计算。在 HMAC 部分只需提供 eFuse 密钥块和功能；而在数字签名模块则还需要一些额外参数。
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无论是密钥还是实际的 HMAC，都不会暴露在 HMAC 和数字签名模块之外。对 HMAC 的计算，以及将其传递给数字签名模块的过程，均在内部进行。
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详情请参阅 **{IDF_TARGET_NAME} 技术参考手册** > **数字签名 (DS)** [`PDF <{IDF_TARGET_TRM_CN_URL}#digsig>`__]。
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.. _hmac_for_enabling_jtag:
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HMAC 启用 JTAG 接口
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密钥功能值：6、5
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HMAC 的第三种应用场景是将其作为密钥，启用软禁用的 JTAG 接口。
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重新启用 JTAG 接口的步骤如下：
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**第一步：设置**
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1. 生成一个 256 位的 HMAC 密钥，用于重新启用 JTAG。
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2. 将步骤 1 获得的密钥写入 eFuse 块，且 eFuse 块的密钥功能参数应为 HMAC_DOWN_ALL (5) 或 HMAC_DOWN_JTAG (6)。为此，可以使用固件中的 ``esp_efuse_write_key()`` 函数，或使用主机上的 ``espefuse.py`` 完成操作。
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3. 使用 ``esp_efuse_set_read_protect()`` 将 eFuse 密钥块配置为读保护，防止软件读取写入到 eFuse 密钥块中的 HMAC 密钥值。
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4. 在烧录到 {IDF_TARGET_NAME} 上时，将特定的位或位组设置为 ``soft JTAG disable``。这样可以永久禁用 JTAG 接口，除非软件提供正确的密钥值进行验证。
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.. only:: esp32s2
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.. note::
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API **esp_efuse_write_field_bit(ESP_EFUSE_SOFT_DIS_JTAG)** 支持在 {IDF_TARGET_NAME} 上烧录 ``soft JTAG disable`` 位。
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.. only:: not esp32s2
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.. note::
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API **esp_efuse_write_field_cnt(ESP_EFUSE_SOFT_DIS_JTAG, ESP_EFUSE_SOFT_DIS_JTAG[0]->bit_count)** 支持在 {IDF_TARGET_NAME} 上烧录 ``soft JTAG disable`` 位。
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.. only:: esp32s2 or esp32s3
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.. note::
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置位 ``HARD_DIS_JTAG`` eFuse 时，JTAG 处于永久禁用状态，``SOFT_DIS_JTAG`` 功能将失效。
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.. only:: not esp32s2 and not esp32s3
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.. note::
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置位 ``DIS_PAD_JTAG`` eFuse 时，JTAG 处于永久禁用状态，``SOFT_DIS_JTAG`` 功能将失效。
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启用 JTAG
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1. 以 eFuse 中的密钥和 32 个 ``0x00`` 字节为输入，经过 HMAC-SHA256 函数处理，得到的函数输出结果即重新启用 JTAG 的密钥。
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2. 从固件调用 :cpp:func:`esp_hmac_jtag_enable` 函数时，传递上一步获取的密钥值。
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3. 要在固件中重新禁用 JTAG，可以重置系统，或调用 :cpp:func:`esp_hmac_jtag_disable`。
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关于如何暂时禁用以及重新启用 JTAG 的完整示例，请参考 :example:`security/hmac_soft_jtag`。
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更多有关详情，请参阅 **{IDF_TARGET_NAME} 技术参考手册** > **HMAC 加速器 (HMAC)** [`PDF <{IDF_TARGET_TRM_CN_URL}#hmac>`__]。
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应用示例
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以下为针对特定应用场景的实例代码，可用于设置 eFuse 密钥，并将其用于计算支持软件使用的 HMAC。
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``esp_efuse_write_key`` 可以设置 eFuse 中的物理密钥块 4，并设置其功能。``ESP_EFUSE_KEY_PURPOSE_HMAC_UP`` (8) 表明，该密钥仅适用于生成支持软件使用的 HMAC。
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.. code-block:: c
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#include "esp_efuse.h"
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const uint8_t key_data[32] = { ... };
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esp_err_t status = esp_efuse_write_key(EFUSE_BLK_KEY4,
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ESP_EFUSE_KEY_PURPOSE_HMAC_UP,
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key_data, sizeof(key_data));
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if (status == ESP_OK) {
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// 密钥写入成功
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} else {
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// 密钥写入失败，可能已写入过
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}
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接下来可以使用已存储的密钥来计算 HMAC，供软件使用。
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.. code-block:: c
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#include "esp_hmac.h"
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uint8_t hmac[32];
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const char *message = "Hello, HMAC!";
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const size_t msg_len = 12;
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esp_err_t result = esp_hmac_calculate(HMAC_KEY4, message, msg_len, hmac);
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if (result == ESP_OK) {
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// HMAC 已写入 hmac 数组
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} else {
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// 计算 HMAC 失败
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}
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API 参考
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.. include-build-file:: inc/esp_hmac.inc
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