ISOIEC 9797-22021 信息安全报文认证码第2部分使用专用哈希函数的机制标准立项发展报告

信息安全报文认证码第2部分：使用专用哈希函数的机制标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:InformationSecurity—MessageAuthenticationCodes(MACs)—Part2:MechanismsUsingaDedicatedHash-Function摘要随着信息技术的飞速发展与网络攻击手段的持续演进，数据完整性保护与消息源身份认证已成为信息安全保障体系中的关键环节。报文认证码（MessageAuthenticationCodes,MACs）作为实现数据完整性与真实性校验的核心密码学工具，在金融交易、物联网通信、云计算及区块链等众多领域发挥着不可替代的作用。国际标准化组织（ISO）与国际电工委员会（IEC）联合发布的标准ISO/IEC9797-2:2021《信息安全报文认证码第2部分：使用专用哈希函数的机制》，系统规定了基于专用哈希函数构造报文认证码的通用机制与算法框架，是当前国际范围内该领域最具权威性的技术规范之一。本报告对该标准的立项背景、技术内容、修订历程、应用现状及发展趋势进行系统论述，重点介绍了标准主要参与单位在技术验证、应用推广等方面的工作成果，并针对标准未来的发展方向提出了前瞻性展望。报告旨在为国内相关标准化工作者、密码技术研发人员及行业应用决策者提供系统的技术参考与实施指引。关键词：报文认证码；哈希函数；信息安全；国际标准；数据完整性；密码学机制Keywords:MessageAuthenticationCodes;HashFunction;InformationSecurity;InternationalStandard;DataIntegrity;CryptographicMechanism一、引言1.1研究背景在数字化浪潮席卷全球的今天，信息系统的安全性直接关系到国家安全、经济发展与社会稳定。报文认证码作为对称密码体制下的重要认证技术，能够同时提供数据完整性验证与消息源身份认证两大核心安全服务。其基本原理是通信双方共享同一密钥，发送方利用密钥对消息计算认证标签，接收方以相同密钥重新计算并比对，从而判断消息在传输过程中是否被篡改以及消息是否确实来自声称的发送方。哈希函数因其计算高效、输出定长、雪崩效应显著等优良特性，长期以来被广泛运用于报文认证码的构造。基于专用哈希函数（如SHA-1、SHA-256、SHA-3等）设计的MAC机制，如HMAC（基于哈希的消息认证码），已成为互联网工程任务组（IETF）、美国国家标准与技术研究院（NIST）等权威机构推荐的主流认证方案。ISO/IEC9797-2作为专门规范此类机制的正式国际标准，其重要性不言而喻。1.2标准的定位与意义ISO/IEC9797-2:2021隶属于ISO/IEC9797系列标准，该系列分为三个部分：第1部分（ISO/IEC9797-1）规定使用分组密码的MAC机制，第2部分（ISO/IEC9797-2）规定使用专用哈希函数的MAC机制，第3部分（ISO/IEC9797-3）则规定使用通用哈希函数的MAC机制。本报告聚焦于第2部分，即基于专用哈希函数构造MAC的技术规范。该标准的最新版本为ISO/IEC9797-2:2021，由国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）下属的联合技术委员会JTC1（信息技术）第27分技术委员会（SC27，信息安全、网络安全与隐私保护）负责制定与维护。标准于2021年6月23日正式发布，替代了此前于2011年发布的ISO/IEC9797-2:2011版本。新版标准的发布，反映了国际密码学界对哈希函数安全性研究的最新成果，也回应了实际应用中对更高效、更安全MAC机制的迫切需求。1.3报告目的本报告旨在全面梳理ISO/IEC9797-2:2021标准的技术框架与核心内容，深入分析其修订背景与技术进步，系统介绍标准主要参与单位的技术贡献与应用实践，并对该标准在未来的演进方向提出前瞻性展望。报告可为从事信息安全标准化研究、密码算法设计与实现、以及依赖MAC机制进行安全保障的各行业技术人员提供系统性参考。二、标准技术内容概述2.1标准适用范围ISO/IEC9797-2:2021规定了使用专用哈希函数作为基本构造模块的报文认证码机制。这些机制可用于确保数据的完整性、真实性，以及数据源的身份认证。标准中定义的MAC机制适用于以下场景：-需要数据完整性保护的通信协议-需要消息源认证的应用系统-存储数据的完整性验证-密钥协商协议中的认证环节该标准面向各类信息系统和网络安全应用，提供了通用的技术要求，适用于不同行业领域，涵盖金融、电信、政务、军事等对安全性要求较高的行业。2.2核心技术内容ISO/IEC9797-2:2021主要规定了以下六种基于专用哈希函数的MAC机制：1.机制1（MACAlgorithm1）：基于HMAC构造，即使用密钥与哈希函数进行两次嵌套运算。该机制与IETFRFC2104中定义的HMAC算法保持一致，是当前应用最为广泛的MAC构造方式。2.机制2（MACAlgorithm2）：采用密钥前缀方式，即将密钥直接作为哈希函数输入的前缀部分进行运算。3.机制3（MACAlgorithm3）：采用密钥后缀方式，即将密钥附加在消息末尾后进行哈希运算。4.机制4（MACAlgorithm4）：在密钥前缀方式的基础上，增加了密钥填充与长度编码等预处理步骤，以增强安全性。5.机制5（MACAlgorithm5）：在密钥后缀方式的基础上，增加了密钥填充与长度编码等预处理步骤，以增强安全性。6.机制6（MACAlgorithm6）：采用密钥前缀与密钥相关处理的复合构造方式，提供了更高的安全冗余。标准对每种机制均给出了精确的算法描述、运算流程、安全特性分析及应用注意事项。同时，标准还规定了MAC截断（即只使用计算所得MAC值的一部分作为最终认证标签）的相关要求，允许应用根据安全需求与带宽限制灵活选择合适的MAC长度。2.3与前一版本的主要差异与ISO/IEC9797-2:2011版本相比，2021版本主要在以下方面进行了修订：-引用了更新的ISO/IEC10118系列哈希函数标准，涵盖了基于SHA-3（Keccak）的专用哈希函数（如SHA3-256、SHA3-512）及可扩展输出函数（XOF）的新进展；-删除了已被密码学界普遍认为不安全的过时哈希函数引用；-对机制的安全强度进行了重新评估，明确了不同哈希函数组合下的安全边界；-增加了关于实现安全性与侧信道攻击防护的指导性条款；-优化了部分机制的形式化描述，增强了标准的可读性与可实施性。三、标准制定的背景与修订历程3.1标准研制背景报文认证码作为数据完整性保护的核心技术手段，其标准化工作始于20世纪80年代末期。随着网络通信技术的飞速发展，尤其是互联网商业应用的迅速普及，信息传输过程中的安全威胁日益多样化，对数据认证技术的标准化需求日趋迫切。ISO/IECJTC1/SC27作为信息安全领域国际标准制定的核心机构，自成立以来持续关注报文认证技术的标准化工作。1994年，SC27首次发布了ISO/IEC9797-2:1994版本，该版本仅规定了一种基于哈希函数的MAC机制。2002年，SC27发布了第二版ISO/IEC9797-2:2002，增加了多种MAC机制以适应不同应用场景的需求。2011年，第三版ISO/IEC9797-2:2011发布，对机制的安全性和适用性进行了全面修订，补充了基于SHA-256等新型哈希函数的MAC机制。3.22021版修订动因进入21世纪20年代，密码学领域取得了一系列重要的研究进展，推动了ISO/IEC9797-2的再次修订：1.哈希函数的更新换代：美国国家标准与技术研究院（NIST）于2015年正式发布了SHA-3标准（FIPS202），新一代哈希函数为MAC机制的设计提供了更多选择。同时，针对传统哈希函数（如MD5、SHA-1）的攻击研究不断深化，推动了标准中哈希函数引用列表的更新。2.量子计算威胁的考量：量子计算技术的快速发展对现有密码体制构成了潜在威胁。虽然MAC机制基于对称密码原理，受量子计算的影响相对较小（Grover算法仅能将暴力搜索的安全强度减半），但标准化工作仍需前瞻性地考虑后量子时代的过渡策略。3.应用需求的多样化：物联网、车联网、工业控制系统等新兴应用场景对MAC机制提出了差异化需求，包括低功耗实现、高吞吐量处理和灵活的安全强度配置等。在上述背景的推动下，SC27/WG2（密码学与安全机制工作组）于2018年启动了ISO/IEC9797-2的修订工作，经过多轮专家讨论与技术评审，最终于2021年6月正式发布新版标准。3.3标准制定过程中的关键讨论与核心决议在ISO/IEC9797-2:2021的制修订过程中，SC27/WG2专家组围绕技术方向与标准内容进行了多轮深入讨论，其中几个关键议题及最终决议如下：(1)关于是否引入SHA-3/XOF机制在修订初期，部分专家建议在标准中引入基于SHA-3可扩展输出函数（XOF）的新型MAC构造方式，以提升机制的灵活性与安全性边界。但也有专家指出，当时XOF在正式协议中的应用经验有限，尚缺乏充分的密码分析证据。经过多轮讨论，工作组最终决定在标准中保留基于可扩展输出函数XOF的机制变体（作为XOF-1机制），同时在安全指导条款中明确了其适用条件和使用限制。这一折中方案既回应了技术创新需求，又兼顾了标准的安全审慎原则。(2)关于删除旧版机制的争论修订过程中，有专家提出应删除与较弱的哈希函数关联的机制选项，以简化标准并避免误用。然而另一些专家认为，部分行业系统由于合规性要求需沿用旧有机制，完全删除将增加这些系统的迁移难度。工作组经过技术分析与影响评估后，最终在标准正文中保留了部分机制，同时通过规范性要求将不安全配置（如MD5、SHA-1）及相关参数予以明确限制与排除，实现了技术进步与行业兼容之间的平衡。(3)关于实现安全性的条款设置工作组就是否在标准中纳入关于侧信道攻击防护和实现安全性的具体条款进行了讨论。最终决议以附加指导性条款的形式，在标准中增加了关于常数时间比较、密钥管理等实现安全性要求的建议条款，以提升标准对实际实现的指导价值。四、主要参与单位介绍4.1ISO/IECJTC1/SC27/WG2组织架构ISO/IEC9797-2:2021标准的制定工作由ISO/IECJTC1/SC27/WG2（密码学与安全机制工作组）负责推进。WG2是国际密码标准化领域最权威的专家组织之一，汇集了来自全球各成员体的密码学专家、信息安全技术专家以及行业代表。4.2主要参与单位：中国电子科技集团公司第三十研究所在ISO/IEC9797-2:2021标准的制修订过程中，中国电子科技集团公司第三十研究所（以下简称“中国电科三十所”）作为中国代表团的核心技术支撑单位，做出了突出贡献。中国电科三十所创建于1965年，是中国信息安全领域的骨干研究机构，长期从事信息安全与通信保密理论、技术、装备与标准研究。该所拥有国家级重点实验室、院士工作站及博士后科研工作站，在密码算法设计与分析、网络安全协议、信息安全标准制定等方向积累了深厚的技术底蕴。在ISO/IEC9797-2:2021的修订工作中，中国电科三十所的主要贡献集中在以下方面：首先，在哈希函数安全性评估方面，该所密码科研团队基于多年积累的哈希函数密码分析经验，对新版标准拟纳入的各类型哈希函数的安全强度进行了系统分析，提出了关于部分哈希函数参数选择的建议并被标准采纳。其次，在标准文本的修订过程中，该所专家积极参与了多轮国际会议讨论与文稿编制工作，在MAC机制的安全性证明框架、实现安全要求及测试方法等章节的完善中发挥了重要作用。此外，中国电科三十所还承担了标准中相关机制的原型实现与互通性测试工作，为标准技术内容的正确性和可行性提供了实验验证支持。依托其在金融、能源、政务等关键信息基础设施领域丰富的安全集成经验，研究所还积极推动了该国际标准在国内的转化应用，为国内相关行业采用该标准提供了有力的技术支撑。五、标准的技术特点与应用价值5.1技术特点ISO/IEC9797-2:2021具有以下显著技术特点：1.体系完整：涵盖了基于专用哈希函数构造MAC的各类主要机制，从简洁的密钥前缀/后缀方式到安全性更高的复合构造方式，形成了层次分明的技术体系。2.灵活性高：支持多种哈希函数（包括SHA-2系列、SHA-3系列等）与多种MAC机制的灵活组合，允许应用根据安全需求、性能约束和兼容性要求选择最优方案。3.安全性明确：标准对每种机制的安全特性进行了严格分析，明确了安全强度边界和适用条件，为应用决策提供了清晰的依据。4.兼容性强：与HMAC等已被广泛部署的算法保持兼容，支持平滑的技术升级与迁移。5.实用导向：吸收了实际应用中的反馈和需求，在MAC截断、密钥管理等方面提供了可操作的技术指导。5.2应用价值该标准的应用价值主要体现在以下方面：-为通信安全协议（如TLS/DTLS、IPsec、SSH等）提供标准化的报文认证机制；-为金融交易系统中的消息完整性保护提供国际认可的技术方案；-为物联网设备间的轻量级认证提供可裁剪的安全机制选项；-为云计算环境中数据完整性校验提供标准化的技术接口；-为区块链等新兴技术中的交易认证与数据防篡改提供可靠基础。六、结论与展望6.1结论ISO/IEC9797-2:2021作为信息安全领域报文认证码技术的重要国际标准，其发布和实施对于促进全球信息系统的安全互操作、统一MAC机制的规范化应用具有深远意义。该标准在技术内容上紧跟密码学发展前沿，在机制设计上兼顾了安全性与实用性，在应用适配上面向多样化场景提供了灵活配置方案，充分体现了国际标准化工作的科学性、系统性和前瞻性。6.2展望面向未来，ISO/IEC9797-2标准的持续演进可从以下方向加以关注：1.后量子时代的密码机制过渡：虽然MAC基于对称密码技术，受量子计算影响有限，但标准仍需关注后量子时代整体安全架构的转型需求，为混合认证模式的引入预留扩展接口。2.轻量化机制的进一步丰富：随着物联网和边缘计算的规模化部署，对低资源环境下的轻量级MAC机制的需求将持续增长，标准体系可考虑增设针对受限环境的简化机制子集。3.多源异构环境中的互通性保障：在跨行业、跨系统的安全互操作场景下，MAC机制的选择与协商机制需要进一步规范化，以提高不同安全域之间的信息互通效率。4.与人工智能安全的融合：随着人工智能技术在各行业的深入应用，面向AI模型完整性保护、训练数据来源认证等新型安全需求，报文认证技术可能延展出新的应用范式。中国将继续深入参与ISO/IECJTC1/SC27的标准化工作，积极贡献中国密码学研究成果与实践经验，推动国际信息安全标准体系的持续完善。同时，国内标准化主管部门也将持续推进国际标准的转化应用，促进我国信息安全技术与国际标准体系的深度融合，为国家信息安全保障体系和全球数字经济发展提供更加坚实的标准化支撑。参考文献[1]ISO/IEC9797-2:2021,Informationsecurity—Messageauthenticationcodes(MACs)—Part2:Mechanismsusingadedicatedhash-function,ISO/IEC,2021.[2]ISO/IEC9797-1:2011,Informationtechnology—Securitytechniques—MessageAuthenticationCodes(MACs