MD5算法的C++实现
来源：互联网 发布：大码女装淘宝店 编辑：程序博客网 时间：2024/05/17 04:30
1. Introduction
MD5算法是一种消息摘要算法(Message Digest Algorithm)，此算法以任意长度的信息(message)作为输入进行计算，产生一个128-bit(16-byte)的指纹或报文摘要(fingerprint or message digest)。两个不同的message产生相同message digest的几率相当小，从一个给定的message digest逆向产生原始message更是困难(不过据说我国的某个教授很善于从message digest构造message)，因此MD5算法适合用在数字签名应用中。MD5实现简单，在32位的机器上运行速度也相当快，当然实际应用也不仅仅局限于数字签名。
2. MD5 Algorithm Description
假设输入信息(input message)的长度为b(bit)，我们想要产生它的报文摘要，在此处b为任意的非负整数：b也可能为0，也不一定为8的整数倍，且可能是任意大的长度。设该信息的比特流表示如下：
M[0] M[1] M[2] ... M[b-1]
计算此信息的报文摘要需要如下5步：
2.1 Append Padding Bits
信息计算前先要进行位补位，设补位后信息的长度为LEN(bit)，则LEN%512 = 448(bit)，即数据扩展至
K*512+448(bit)。即K*64+56(byte)，K为整数。补位操作始终要执行，即使补位前信息的长度对512求余的结果是448。具体补位操作：补一个1，然后补0至满足上述要求。总共最少要补1bit，最多补512bit。
2.2 Append Length
将输入信息的原始长度b(bit)表示成一个64-bit的数字，把它添加到上一步的结果后面(在32位的机器上，这64位将用2个字来表示并且低位在前)。当遇到b大于2^64这种极少的情况时，b的高位被截去，仅使用b的低64位。经过上面两步，数据就被填补成长度为512(bit)的倍数。也就是说，此时的数据长度是16个字(32byte)的整数倍。此时的数据表示为：
M[0 ... N-1]
其中的N是16的倍数。
2.3 Initialize MD Buffer
用一个四个字的缓冲器(A，B，C，D)来计算报文摘要，A,B,C,D分别是32位的寄存器，初始化使用的是十六进制表示的数字，注意低字节在前：
word A: 01 23 45 67
word B: 89 ab cd ef
word C: fe dc ba 98
word D: 76 54 32 10
2.4 Process Message in 16-Word Blocks
首先定义4个辅助函数，每个函数的输入是三个32位的字，输出是一个32位的字：
F(X,Y,Z) = XY v not(X) Z
G(X,Y,Z) = XZ v Y not(Z)
H(X,Y,Z) = X xor Y xor Z
I(X,Y,Z) = Y xor (X v not(Z))
NOTE：not(X)代表X的按位补运算，X v Y 表示X和Y的按位或运算，X xor Y代表X和Y的按位异或运算，XY代表X和Y的按位与运算。
具体过程如下：
2.5 Output
报文摘要的产生后的形式为：A，B，C，D。也就是低位字节A开始，高位字节D结束。
3. C++ Implementation
有了上面5个步骤的算法描述，用C++实现起来就很直接了。需要注意的是在具体实现的时候上述5个步骤的顺序会有所变动，因为在大多数情况下我们都无法或很难提前计算出输入信息的长度b(如输入信息来自文件或网络)。因此在具体实现时Append Padding Bits和Append Length这两步会放在最后面。
4. Test Suite
由于实现代码比较长，在这里就不贴出来了，在本文后面会提供下载。MD5类的public接口如下：
md5.h
下面简单介绍一下具体用法：
1.计算字符串的MD5值
下面的代码计算字符串"abc"的MD5值并用cout输出：
2.计算文件的MD5值
下面的代码计算文本文件"D:\test.txt"的MD5值并用cout输出，如果是二进制文件打开的时候记得要指定ios::binary模式。另外需要注意的是用来计算的文件必须存在，所以最好在计算前先判断下ifstream的状态。
(本来判断ifstream是否有效不该是客户的责任，原本想在ifstream无效时用文件名做参数抛出FileNotFoundException之类的异常，后来却发现从ifstream中居然无法得到文件名...)
3.最基本的用法
上面的用来计算字符串和文件MD5值的接口都是为了方便才提供的，其实最基本的接口是：
void update(const void *input, size_t length);
update的另外两个重载都是基于它来实现的，下面的代码用上述接口来实现FileDigest函数，该函数用来计算文件的MD5值：
下面看看测试代码：
test.cpp
MD5算法是一种消息摘要算法(Message Digest Algorithm)，此算法以任意长度的信息(message)作为输入进行计算，产生一个128-bit(16-byte)的指纹或报文摘要(fingerprint or message digest)。两个不同的message产生相同message digest的几率相当小，从一个给定的message digest逆向产生原始message更是困难(不过据说我国的某个教授很善于从message digest构造message)，因此MD5算法适合用在数字签名应用中。MD5实现简单，在32位的机器上运行速度也相当快，当然实际应用也不仅仅局限于数字签名。
2. MD5 Algorithm Description
假设输入信息(input message)的长度为b(bit)，我们想要产生它的报文摘要，在此处b为任意的非负整数：b也可能为0，也不一定为8的整数倍，且可能是任意大的长度。设该信息的比特流表示如下：
M[0] M[1] M[2] ... M[b-1]
计算此信息的报文摘要需要如下5步：
2.1 Append Padding Bits
信息计算前先要进行位补位，设补位后信息的长度为LEN(bit)，则LEN%512 = 448(bit)，即数据扩展至
K*512+448(bit)。即K*64+56(byte)，K为整数。补位操作始终要执行，即使补位前信息的长度对512求余的结果是448。具体补位操作：补一个1，然后补0至满足上述要求。总共最少要补1bit，最多补512bit。
2.2 Append Length
将输入信息的原始长度b(bit)表示成一个64-bit的数字，把它添加到上一步的结果后面(在32位的机器上，这64位将用2个字来表示并且低位在前)。当遇到b大于2^64这种极少的情况时，b的高位被截去，仅使用b的低64位。经过上面两步，数据就被填补成长度为512(bit)的倍数。也就是说，此时的数据长度是16个字(32byte)的整数倍。此时的数据表示为：
M[0 ... N-1]
其中的N是16的倍数。
2.3 Initialize MD Buffer
用一个四个字的缓冲器(A，B，C，D)来计算报文摘要，A,B,C,D分别是32位的寄存器，初始化使用的是十六进制表示的数字，注意低字节在前：
word A: 01 23 45 67
word B: 89 ab cd ef
word C: fe dc ba 98
word D: 76 54 32 10
2.4 Process Message in 16-Word Blocks
首先定义4个辅助函数，每个函数的输入是三个32位的字，输出是一个32位的字：
F(X,Y,Z) = XY v not(X) Z
G(X,Y,Z) = XZ v Y not(Z)
H(X,Y,Z) = X xor Y xor Z
I(X,Y,Z) = Y xor (X v not(Z))
NOTE：not(X)代表X的按位补运算，X v Y 表示X和Y的按位或运算，X xor Y代表X和Y的按位异或运算，XY代表X和Y的按位与运算。
具体过程如下：
1 /* Process each 16-word block.*/
2 For i = 0 to N/16-1do
3
4 /* Copy block i into X.*/
5 For j =0 to15 do
6 Set X[j] to M[i*16+j].
7 end /* of loop on j*/
8
9 /* Save A as AA, B as BB, C as CC, and D as DD.*/
10 AA= A
11 BB = B
12 CC = C
13 DD = D
14
15 /* Round 1.*/
16 /* Let [abcd k s i] denote the operation
17 a = b + ((a + F(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s).*/
18 /* Do the following 16 operations.*/
19 [ABCD 0 7 1] [DABC 112 2] [CDAB 2 17 3] [BCDA 3 22 4]
20 [ABCD 4 7 5] [DABC 5 12 6] [CDAB 6 17 7] [BCDA 7 22 8]
21 [ABCD 8 7 9] [DABC 9 1210] [CDAB10 1711] [BCDA11 2212]
22 [ABCD12 7 13] [DABC131214] [CDAB14 1715] [BCDA15 2216]
23
24 /* Round 2.*/
25 /* Let [abcd k s i] denote the operation
26 a = b + ((a + G(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s).*/
27 /* Do the following 16 operations.*/
28 [ABCD 1 517] [DABC 6 918] [CDAB11 1419] [BCDA 02020]
29 [ABCD 5 521] [DABC10 922] [CDAB15 1423] [BCDA 42024]
30 [ABCD 9 525] [DABC14 926] [CDAB 31427] [BCDA 82028]
31 [ABCD13 5 29] [DABC 2 930] [CDAB 71431] [BCDA12 2032]
32
33 /* Round 3.*/
34 /* Let [abcd k s t] denote the operation
35 a = b + ((a + H(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s).*/
36 /* Do the following 16 operations.*/
37 [ABCD 5 433] [DABC 81134] [CDAB11 1635] [BCDA14 2336]
38 [ABCD 1 437] [DABC 41138] [CDAB 71639] [BCDA10 2340]
39 [ABCD13 4 41] [DABC 01142] [CDAB 31643] [BCDA 62344]
40 [ABCD 9 445] [DABC12 1146] [CDAB15 1647] [BCDA 22348]
41
42 /* Round 4.*/
43 /* Let [abcd k s t] denote the operation
44 a = b + ((a + I(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s).*/
45 /* Do the following 16 operations.*/
46 [ABCD 0 649] [DABC 71050] [CDAB14 1551] [BCDA 52152]
47 [ABCD12 6 53] [DABC 31054] [CDAB10 1555] [BCDA 12156]
48 [ABCD 8 657] [DABC15 1058] [CDAB 61559] [BCDA13 2160]
49 [ABCD 4 661] [DABC11 1062] [CDAB 21563] [BCDA 92164]
50
51 /* Then perform the following additions. (That is increment each
52 of the four registers by the value it had before this block
53 was started.)*/
54 A= A+ AA
55 B = B+ BB
56 C = C+ CC
57 D = D+ DD
58
59 end/* of loop on i*/
2 For i = 0 to N/16-1do
3
4 /* Copy block i into X.*/
5 For j =0 to15 do
6 Set X[j] to M[i*16+j].
7 end /* of loop on j*/
8
9 /* Save A as AA, B as BB, C as CC, and D as DD.*/
10 AA= A
11 BB = B
12 CC = C
13 DD = D
14
15 /* Round 1.*/
16 /* Let [abcd k s i] denote the operation
17 a = b + ((a + F(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s).*/
18 /* Do the following 16 operations.*/
19 [ABCD 0 7 1] [DABC 112 2] [CDAB 2 17 3] [BCDA 3 22 4]
20 [ABCD 4 7 5] [DABC 5 12 6] [CDAB 6 17 7] [BCDA 7 22 8]
21 [ABCD 8 7 9] [DABC 9 1210] [CDAB10 1711] [BCDA11 2212]
22 [ABCD12 7 13] [DABC131214] [CDAB14 1715] [BCDA15 2216]
23
24 /* Round 2.*/
25 /* Let [abcd k s i] denote the operation
26 a = b + ((a + G(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s).*/
27 /* Do the following 16 operations.*/
28 [ABCD 1 517] [DABC 6 918] [CDAB11 1419] [BCDA 02020]
29 [ABCD 5 521] [DABC10 922] [CDAB15 1423] [BCDA 42024]
30 [ABCD 9 525] [DABC14 926] [CDAB 31427] [BCDA 82028]
31 [ABCD13 5 29] [DABC 2 930] [CDAB 71431] [BCDA12 2032]
32
33 /* Round 3.*/
34 /* Let [abcd k s t] denote the operation
35 a = b + ((a + H(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s).*/
36 /* Do the following 16 operations.*/
37 [ABCD 5 433] [DABC 81134] [CDAB11 1635] [BCDA14 2336]
38 [ABCD 1 437] [DABC 41138] [CDAB 71639] [BCDA10 2340]
39 [ABCD13 4 41] [DABC 01142] [CDAB 31643] [BCDA 62344]
40 [ABCD 9 445] [DABC12 1146] [CDAB15 1647] [BCDA 22348]
41
42 /* Round 4.*/
43 /* Let [abcd k s t] denote the operation
44 a = b + ((a + I(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s).*/
45 /* Do the following 16 operations.*/
46 [ABCD 0 649] [DABC 71050] [CDAB14 1551] [BCDA 52152]
47 [ABCD12 6 53] [DABC 31054] [CDAB10 1555] [BCDA 12156]
48 [ABCD 8 657] [DABC15 1058] [CDAB 61559] [BCDA13 2160]
49 [ABCD 4 661] [DABC11 1062] [CDAB 21563] [BCDA 92164]
50
51 /* Then perform the following additions. (That is increment each
52 of the four registers by the value it had before this block
53 was started.)*/
54 A= A+ AA
55 B = B+ BB
56 C = C+ CC
57 D = D+ DD
58
59 end/* of loop on i*/
2.5 Output
报文摘要的产生后的形式为：A，B，C，D。也就是低位字节A开始，高位字节D结束。
3. C++ Implementation
有了上面5个步骤的算法描述，用C++实现起来就很直接了。需要注意的是在具体实现的时候上述5个步骤的顺序会有所变动，因为在大多数情况下我们都无法或很难提前计算出输入信息的长度b(如输入信息来自文件或网络)。因此在具体实现时Append Padding Bits和Append Length这两步会放在最后面。
4. Test Suite
由于实现代码比较长，在这里就不贴出来了，在本文后面会提供下载。MD5类的public接口如下：
md5.h
1 class MD5 {
2 public:
3 MD5();
4 MD5(constvoid* input, size_t length);
5 MD5(const string& str);
6 MD5(ifstream&in);
7 void update(constvoid* input, size_t length);
8 void update(const string& str);
9 void update(ifstream& in);
10 constbyte* digest();
11 string toString();
12 void reset();
13 ...
14 };
2 public:
3 MD5();
4 MD5(constvoid* input, size_t length);
5 MD5(const string& str);
6 MD5(ifstream&in);
7 void update(constvoid* input, size_t length);
8 void update(const string& str);
9 void update(ifstream& in);
10 constbyte* digest();
11 string toString();
12 void reset();
13 ...
14 };
下面简单介绍一下具体用法：
1.计算字符串的MD5值
下面的代码计算字符串"abc"的MD5值并用cout输出：
1 MD5 md5;
2 md5.update("abc");
3 cout << md5.toString()<< endl;
4 //或者更简单点
5 cout<< MD5("abc").toString()<< endl;
2 md5.update("abc");
3 cout << md5.toString()<< endl;
4 //或者更简单点
5 cout<< MD5("abc").toString()<< endl;
2.计算文件的MD5值
下面的代码计算文本文件"D:\test.txt"的MD5值并用cout输出，如果是二进制文件打开的时候记得要指定ios::binary模式。另外需要注意的是用来计算的文件必须存在，所以最好在计算前先判断下ifstream的状态。
(本来判断ifstream是否有效不该是客户的责任，原本想在ifstream无效时用文件名做参数抛出FileNotFoundException之类的异常，后来却发现从ifstream中居然无法得到文件名...)
1 MD5 md5;
2 md5.update(ifstream("D:\\test.txt"));
3 cout << md5.toString()<< endl;
4 //或者更简单点
5 cout<< MD5(ifstream("D:\\test.txt")).toString()<< endl;
2 md5.update(ifstream("D:\\test.txt"));
3 cout << md5.toString()<< endl;
4 //或者更简单点
5 cout<< MD5(ifstream("D:\\test.txt")).toString()<< endl;
3.最基本的用法
上面的用来计算字符串和文件MD5值的接口都是为了方便才提供的，其实最基本的接口是：
void update(const void *input, size_t length);
update的另外两个重载都是基于它来实现的，下面的代码用上述接口来实现FileDigest函数，该函数用来计算文件的MD5值：
1 string FileDigest(const string&file) {
2
3 ifstream in(file.c_str(), ios::binary);
4 if (!in)
5 return"";
6
7 MD5 md5;
8 std::streamsize length;
9 char buffer[1024];
10 while (!in.eof()) {
11 in.read(buffer,1024);
12 length= in.gcount();
13 if (length>0)
14 md5.update(buffer, length);
15 }
16 in.close();
17 return md5.toString();
18 }
2
3 ifstream in(file.c_str(), ios::binary);
4 if (!in)
5 return"";
6
7 MD5 md5;
8 std::streamsize length;
9 char buffer[1024];
10 while (!in.eof()) {
11 in.read(buffer,1024);
12 length= in.gcount();
13 if (length>0)
14 md5.update(buffer, length);
15 }
16 in.close();
17 return md5.toString();
18 }
下面看看测试代码：
test.cpp
1 #include "md5.h"
2 #include <iostream>
3
4 using namespace std;
5
6 void PrintMD5(const string& str, MD5& md5) {
7 cout <<"MD5(\"" << str <<"\") =" << md5.toString()<< endl;
8 }
9
10int main() {
11
12 MD5 md5;
13 md5.update("");
14 PrintMD5("", md5);
15
16 md5.update("a");
17 PrintMD5("a", md5);
18
19 md5.update("bc");
20 PrintMD5("abc", md5);
21
22 md5.update("defghijklmnopqrstuvwxyz");
23 PrintMD5("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz", md5);
24
25 md5.reset();
26 md5.update("message digest");
27 PrintMD5("message digest", md5);
28
29 md5.reset();
30 md5.update(ifstream("D:\\test.txt"));
31 PrintMD5("D:\\test.txt", md5);
32
33 return0;
34 }
2 #include <iostream>
3
4 using namespace std;
5
6 void PrintMD5(const string& str, MD5& md5) {
7 cout <<"MD5(\"" << str <<"\") =" << md5.toString()<< endl;
8 }
9
10int main() {
11
12 MD5 md5;
13 md5.update("");
14 PrintMD5("", md5);
15
16 md5.update("a");
17 PrintMD5("a", md5);
18
19 md5.update("bc");
20 PrintMD5("abc", md5);
21
22 md5.update("defghijklmnopqrstuvwxyz");
23 PrintMD5("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz", md5);
24
25 md5.reset();
26 md5.update("message digest");
27 PrintMD5("message digest", md5);
28
29 md5.reset();
30 md5.update(ifstream("D:\\test.txt"));
31 PrintMD5("D:\\test.txt", md5);
32
33 return0;
34 }
测试结果：
MD5("") = d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e
MD5("a") = 0cc175b9c0f1b6a831c399e269772661
MD5("abc") = 900150983cd24fb0d6963f7d28e17f72
MD5("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz") = c3fcd3d76192e4007dfb496cca67e13b
MD5("message digest") = f96b697d7cb7938d525a2f31aaf161d0
MD5("D:\test.txt") = 7ac66c0f148de9519b8bd264312c4d64
MD5权威文档：http://www.ietf.org/rfc/rfc1321.txt
- C++MD5算法的实现
- C#MD5算法实现
- md5算法C实现
- C实现MD5算法
- MD5算法的C语言实现
- MD5算法C/C++的实现
- MD5算法C/C++的实现
- C语言实现MD5算法!
- MD5算法 C语言 实现
- MD5 算法实现（c++）
- C语言实现MD5算法
- MD5算法C语言实现
- MD5算法 C语言实现
- C语言实现MD5算法
- MD5算法的C代码实现及测试
- md5 算法的c语言实现及应用
- C++,MD5算法的实现类，使用了模板技巧
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