基於 SHA-256 的 HMAC 文件校驗器：從原理到工程化實現

HMAC (Keyed-Hash Message Authentication Code) 結合密鑰與雜湊函數，能在不加密明文前提下驗證文件完整性。本文實現一款圖形化工具：用戶輸入密鑰生成 .vri 校驗檔，後續可離線驗證文件是否被篡改。核心採用 SHA-256 作為底層雜湊，安全性優於 MD5/SHA-1。

HMAC 結構與優化

標準結構：H(K ⊕ opad || H(K ⊕ ipad || M))，其中 ipad=0x36重複、opad=0x5c重複、K+ 為密鑰左填 0 至區塊長度 b=64 位元組。
效率優化：預計算 H(K ⊕ ipad) 與 H(K ⊕ opad)，密鑰不變時僅需一次預計算。文中為簡化實現，每次雙邊同算，並說明密鑰填充採低位填充 (右側) 而非標準高位填充。

核心類別設計

• Sha256：純粹雜湊黑盒，輸出 256 位 (8×32 位字)
• HMac：封裝 HMAC 邏輯，變量名對應圖示 (A1-H1, A2-H2 為預計算中間值)
• Mac：無行為的結果容器，存儲最終 MAC 值

關鍵代碼片段

// 預計算第一輪
for(i=0;i<Mb;i++) S[i]=sKeyplus[i]^ipad[i];
m_sha256.Init(Mb); m_sha256.GenW(S,Mb); m_sha256.Steps();
m_dwA1=m_sha256.OA; ... m_dwH1=m_sha256.OH; // 8×32位展開存儲

預計算結果拆解為 8 個 32 位整數 (A1-H1)，同理第二輪得 A2-H2。文中詳細解釋此展開存儲原因。

工具操作流程

1. 拖入或選單開啟 .vri 檔 (首次運行自動關聯)
2. 拖入待驗證文件，選「否」或選單「驗證源文件」
3. 輸入約定密鑰 (如 gamsn，最大 16 字節)
4. 程式計算並對比 MAC，報告結果

生成校驗檔同理：選單「生成校驗文件」→ 選源文件 → 輸入密鑰 → 自動產出 .vri。

工程細節亮點

支援文件拖放、序列化存儲、檔案關聯註冊，適合初學者參考 MFC 文檔/視圖架構下的常用技巧。推薦深入學習參考《Cryptography and Network Security》(William Stallings)。