用PHP实现MD5算法

在上一篇文章 << Content-MD5字段 >>中我们有提到MD5算法，此处MD5算法的作用是验证文件的完整性，这与MD5算法开始的应用场景是一致的，即在90年代被广泛使用在各种程序语言中，用以确保资料传递无误。

MD5即Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法 5）。 MD5算法是一种消息摘要算法，以任意长度的信息作为输入进行计算，产生一个128-bit(16-byte)的指纹或报文摘要(fingerprint or message digest)。两个不同的信息产生相同信息摘要的概率相当小，从一个给定的信息摘要逆向生成原始信息的可能性更小。但是由于还是存在碰撞的情况，随着计算机运算能力的提高，MD5已经不太适用于有较高安全要求的场合，但是应对一般的文件完整性检查还是可以的。

MD5算法的标准实现过程可以分为5步。

1、MD5算法是对输入的数据进行补位，使得如果数据位长度LEN对512求余的结果是448。

即数据扩展至K512+448位。即K64+56个字节，K为整数。 具体补位操作：补一个1，然后补0至满足上述要求

2、补数据长度

用一个64位的数字表示数据的原始长度B，把B用两个32位数表示。这时，数据就被填补成长度为512位的倍数。

3. 初始化MD5参数

四个32位整数 (A,B,C,D) 用来计算信息摘要，初始化使用的是十六进制表示的数字

• A=0X01234567
• B=0X89abcdef
• C=0Xfedcba98
• D=0X76543210

4、处理位操作函数

X，Y，Z为32位整数。

• F(X,Y,Z) = X&Y|NOT(X)&Z
• G(X,Y,Z) = X&Z|Y?(Z)
• H(X,Y,Z) = X xor Y xor Z
• I(X,Y,Z) = Y xor (X|not(Z))

5、主要变换过程

使用常数组T[1 ... 64]， T为32位整数用16进制表示，数据用16个32位的整数数组M表示。

具体过程如下：

  /* 处理数据原文 */      For i = 0 to N/16-1 do      /*每一次，把数据原文存放在16个元素的数组X中. */     For j = 0 to 15 do         Set X[j] to M[i*16+j].     end /结束对J的循环      /* Save A as AA, B as BB, C as CC, and D as DD. */     AA = A     BB = B     CC = C     DD = D      /* 第1轮*/      * 以 [abcd k s i]表示如下操作      * a = b + ((a + F(b,c,d) + X[k] + T) s).      */      /* Do the following 16 operations. */      [ABCD 0 7 1] [DABC 1 12 2] [CDAB 2 17 3] [BCDA 3 22 4]     [ABCD 4 7 5] [DABC 5 12 6] [CDAB 6 17 7] [BCDA 7 22 8]     [ABCD 8 7 9] [DABC 9 12 10] [CDAB 10 17 11] [BCDA 11 22 12]     [ABCD 12 7 13] [DABC 13 12 14] [CDAB 14 17 15] [BCDA 15 22 16]      /* 第2轮* */      /** 以 [abcd k s i]表示如下操作      * a = b + ((a + G(b,c,d) + X[k] + T) s).     */      /* Do the following 16 operations. */      [ABCD 1 5 17] [DABC 6 9 18] [CDAB 11 14 19] [BCDA 0 20 20]     [ABCD 5 5 21] [DABC 10 9 22] [CDAB 15 14 23] [BCDA 4 20 24]     [ABCD 9 5 25] [DABC 14 9 26] [CDAB 3 14 27] [BCDA 8 20 28]     [ABCD 13 5 29] [DABC 2 9 30] [CDAB 7 14 31] [BCDA 12 20 32]      /* 第3轮*/      /** 以 [abcd k s i]表示如下操作       * a = b + ((a + H(b,c,d) + X[k] + T) s).      */      /* Do the following 16 operations. */      [ABCD 5 4 33] [DABC 8 11 34] [CDAB 11 16 35] [BCDA 14 23 36]     [ABCD 1 4 37] [DABC 4 11 38] [CDAB 7 16 39] [BCDA 10 23 40]     [ABCD 13 4 41] [DABC 0 11 42] [CDAB 3 16 43] [BCDA 6 23 44]     [ABCD 9 4 45] [DABC 12 11 46] [CDAB 15 16 47] [BCDA 2 23 48]      /* 第4轮*/      /** 以 [abcd k s i]表示如下操作       * a = b + ((a + I(b,c,d) + X[k] + T) s).      */      /* Do the following 16 operations. */      [ABCD 0 6 49] [DABC 7 10 50] [CDAB 14 15 51] [BCDA 5 21 52]     [ABCD 12 6 53] [DABC 3 10 54] [CDAB 10 15 55] [BCDA 1 21 56]     [ABCD 8 6 57] [DABC 15 10 58] [CDAB 6 15 59] [BCDA 13 21 60]     [ABCD 4 6 61] [DABC 11 10 62] [CDAB 2 15 63] [BCDA 9 21 64]      /* 然后进行如下操作 */     A = A + AA     B = B + BB     C = C + CC     D = D + DD     end /* 结束对I的循环*

用PHP实现MD5算法

PHP的实现基本按照上面的算法实现，
对于PHP来说，特殊的位置有三点：

• 在于需要规避其在数组中，当数组元素超过整形长度时的自动转换；
• 无符号右移操作的实现；
• 将字符串转换成8位存储为一个元素的数据结构。

代码如下：

 <?php $str = "1";$md5 = new MD5($str);echo $md5->getDigist();echo "<br />", md5($str); class MD5 {    const CHAR_ALIGNMENT = 8;     private $_digist;    private $_state;     public function __construct($str) {        $bin = $this->_str2bin($str);        $len = strlen($str) * self::CHAR_ALIGNMENT;        $bin[$len >> 5] |= 128 << ($len % 32);        $bin[((($len + 64) >> 9) << 4) + 14] = $len;         $this->_md5Init();        $this->_update($bin);        $this->_digist = $this->_bin2hex($this->_state);    }     /**     * 公有方法     * 获取信息摘要     * @return string       */    public function getDigist() {        return $this->_digist;    }     private function _bin2hex($bin) {        $hex_tab = "0123456789abcdef";        $str = "";        for ($i = 0; $i < count($bin) * 4; $i++) {            $str .= $hex_tab[($bin[$i >> 2] >> (($i % 4) * 8 + 4)) & 0xF] .                    $hex_tab[($bin[$i >> 2] >> (($i % 4) * 8 )) & 0xF];        }        return $str;    }     private function _update($bin) {        $bin_len = count($bin);        for ($i = 0; $i < $bin_len; $i += 16) {            $block = array();            for ($j = 0; $j < 16; $j++) {                $block[$j] += isset($bin[$i + $j]) ? $bin[$i + $j] : 0;            }            $this->_md5Transform($block);            unset($block);        }    }      /**       * 初始化       */    private function _md5Init() {         $this->_state[0] = intval(0x67452301);        $this->_state[1] = intval(0xefcdab89);        $this->_state[2] = intval(0x98badcfe);        $this->_state[3] = intval(0x10325476);         return TRUE;    }     private function _md5Transform($block) {        $a = $this->_state[0];        $b = $this->_state[1];        $c = $this->_state[2];        $d = $this->_state[3];         $x = $block;         /** Round 1 */        MD5Tool::FF($a, $b, $c, $d, $x[0], MD5Tool::S11, 0xd76aa478); /* 1 */        MD5Tool::FF($d, $a, $b, $c, $x[1], MD5Tool::S12, 0xe8c7b756); /* 2 */        MD5Tool::FF($c, $d, $a, $b, $x[2], MD5Tool::S13, 0x242070db); /* 3 */        MD5Tool::FF($b, $c, $d, $a, $x[3], MD5Tool::S14, 0xc1bdceee); /* 4 */        MD5Tool::FF($a, $b, $c, $d, $x[4], MD5Tool::S11, 0xf57c0faf); /* 5 */        MD5Tool::FF($d, $a, $b, $c, $x[5], MD5Tool::S12, 0x4787c62a); /* 6 */        MD5Tool::FF($c, $d, $a, $b, $x[6], MD5Tool::S13, 0xa8304613); /* 7 */        MD5Tool::FF($b, $c, $d, $a, $x[7], MD5Tool::S14, 0xfd469501); /* 8 */        MD5Tool::FF($a, $b, $c, $d, $x[8], MD5Tool::S11, 0x698098d8); /* 9 */        MD5Tool::FF($d, $a, $b, $c, $x[9], MD5Tool::S12, 0x8b44f7af); /* 10 */        MD5Tool::FF($c, $d, $a, $b, $x[10], MD5Tool::S13, 0xffff5bb1); /* 11 */        MD5Tool::FF($b, $c, $d, $a, $x[11], MD5Tool::S14, 0x895cd7be); /* 12 */        MD5Tool::FF($a, $b, $c, $d, $x[12], MD5Tool::S11, 0x6b901122); /* 13 */        MD5Tool::FF($d, $a, $b, $c, $x[13], MD5Tool::S12, 0xfd987193); /* 14 */        MD5Tool::FF($c, $d, $a, $b, $x[14], MD5Tool::S13, 0xa679438e); /* 15 */        MD5Tool::FF($b, $c, $d, $a, $x[15], MD5Tool::S14, 0x49b40821); /* 16 */         /** Round 2 */        MD5Tool::GG($a, $b, $c, $d, $x[1], MD5Tool::S21, 0xf61e2562); /* 17 */        MD5Tool::GG($d, $a, $b, $c, $x[6], MD5Tool::S22, 0xc040b340); /* 18 */        MD5Tool::GG($c, $d, $a, $b, $x[11], MD5Tool::S23, 0x265e5a51); /* 19 */        MD5Tool::GG($b, $c, $d, $a, $x[0], MD5Tool::S24, 0xe9b6c7aa); /* 20 */        MD5Tool::GG($a, $b, $c, $d, $x[5], MD5Tool::S21, 0xd62f105d); /* 21 */        MD5Tool::GG($d, $a, $b, $c, $x[10], MD5Tool::S22, 0x2441453); /* 22 */        MD5Tool::GG($c, $d, $a, $b, $x[15], MD5Tool::S23, 0xd8a1e681); /* 23 */        MD5Tool::GG($b, $c, $d, $a, $x[4], MD5Tool::S24, 0xe7d3fbc8); /* 24 */        MD5Tool::GG($a, $b, $c, $d, $x[9], MD5Tool::S21, 0x21e1cde6); /* 25 */        MD5Tool::GG($d, $a, $b, $c, $x[14], MD5Tool::S22, 0xc33707d6); /* 26 */        MD5Tool::GG($c, $d, $a, $b, $x[3], MD5Tool::S23, 0xf4d50d87); /* 27 */        MD5Tool::GG($b, $c, $d, $a, $x[8], MD5Tool::S24, 0x455a14ed); /* 28 */        MD5Tool::GG($a, $b, $c, $d, $x[13], MD5Tool::S21, 0xa9e3e905); /* 29 */        MD5Tool::GG($d, $a, $b, $c, $x[2], MD5Tool::S22, 0xfcefa3f8); /* 30 */        MD5Tool::GG($c, $d, $a, $b, $x[7], MD5Tool::S23, 0x676f02d9); /* 31 */        MD5Tool::GG($b, $c, $d, $a, $x[12], MD5Tool::S24, 0x8d2a4c8a); /* 32 */         /** Round 3 */        MD5Tool::HH($a, $b, $c, $d, $x[5], MD5Tool::S31, 0xfffa3942); /* 33 */        MD5Tool::HH($d, $a, $b, $c, $x[8], MD5Tool::S32, 0x8771f681); /* 34 */        MD5Tool::HH($c, $d, $a, $b, $x[11], MD5Tool::S33, 0x6d9d6122); /* 35 */        MD5Tool::HH($b, $c, $d, $a, $x[14], MD5Tool::S34, 0xfde5380c); /* 36 */        MD5Tool::HH($a, $b, $c, $d, $x[1], MD5Tool::S31, 0xa4beea44); /* 37 */        MD5Tool::HH($d, $a, $b, $c, $x[4], MD5Tool::S32, 0x4bdecfa9); /* 38 */        MD5Tool::HH($c, $d, $a, $b, $x[7], MD5Tool::S33, 0xf6bb4b60); /* 39 */        MD5Tool::HH($b, $c, $d, $a, $x[10], MD5Tool::S34, 0xbebfbc70); /* 40 */        MD5Tool::HH($a, $b, $c, $d, $x[13], MD5Tool::S31, 0x289b7ec6); /* 41 */        MD5Tool::HH($d, $a, $b, $c, $x[0], MD5Tool::S32, 0xeaa127fa); /* 42 */        MD5Tool::HH($c, $d, $a, $b, $x[3], MD5Tool::S33, 0xd4ef3085); /* 43 */        MD5Tool::HH($b, $c, $d, $a, $x[6], MD5Tool::S34, 0x4881d05); /* 44 */        MD5Tool::HH($a, $b, $c, $d, $x[9], MD5Tool::S31, 0xd9d4d039); /* 45 */        MD5Tool::HH($d, $a, $b, $c, $x[12], MD5Tool::S32, 0xe6db99e5); /* 46 */        MD5Tool::HH($c, $d, $a, $b, $x[15], MD5Tool::S33, 0x1fa27cf8); /* 47 */        MD5Tool::HH($b, $c, $d, $a, $x[2], MD5Tool::S34, 0xc4ac5665); /* 48 */         /** Round 4 */        MD5Tool::II($a, $b, $c, $d, $x[0], MD5Tool::S41, 0xf4292244); /* 49 */        MD5Tool::II($d, $a, $b, $c, $x[7], MD5Tool::S42, 0x432aff97); /* 50 */        MD5Tool::II($c, $d, $a, $b, $x[14], MD5Tool::S43, 0xab9423a7); /* 51 */        MD5Tool::II($b, $c, $d, $a, $x[5], MD5Tool::S44, 0xfc93a039); /* 52 */        MD5Tool::II($a, $b, $c, $d, $x[12], MD5Tool::S41, 0x655b59c3); /* 53 */        MD5Tool::II($d, $a, $b, $c, $x[3], MD5Tool::S42, 0x8f0ccc92); /* 54 */        MD5Tool::II($c, $d, $a, $b, $x[10], MD5Tool::S43, 0xffeff47d); /* 55 */        MD5Tool::II($b, $c, $d, $a, $x[1], MD5Tool::S44, 0x85845dd1); /* 56 */        MD5Tool::II($a, $b, $c, $d, $x[8], MD5Tool::S41, 0x6fa87e4f); /* 57 */        MD5Tool::II($d, $a, $b, $c, $x[15], MD5Tool::S42, 0xfe2ce6e0); /* 58 */        MD5Tool::II($c, $d, $a, $b, $x[6], MD5Tool::S43, 0xa3014314); /* 59 */        MD5Tool::II($b, $c, $d, $a, $x[13], MD5Tool::S44, 0x4e0811a1); /* 60 */        MD5Tool::II($a, $b, $c, $d, $x[4], MD5Tool::S41, 0xf7537e82); /* 61 */        MD5Tool::II($d, $a, $b, $c, $x[11], MD5Tool::S42, 0xbd3af235); /* 62 */        MD5Tool::II($c, $d, $a, $b, $x[2], MD5Tool::S43, 0x2ad7d2bb); /* 63 */        MD5Tool::II($b, $c, $d, $a, $x[9], MD5Tool::S44, 0xeb86d391); /* 64 */         /**         * 注意，这里必须执行intval函数         */        $this->_state[0] = intval($this->_state[0] + $a);        $this->_state[1] = intval($this->_state[1] + $b);        $this->_state[2] = intval($this->_state[2] + $c);        $this->_state[3] = intval($this->_state[3] + $d);    }     private function _str2bin($str) {        $bin = array();        $alignment = (1 << self::CHAR_ALIGNMENT) - 1;        $len = strlen($str);         for ($i = 0; $i < $len * self::CHAR_ALIGNMENT; $i += self::CHAR_ALIGNMENT) {            $key = $i >> 5;            $bin[$key] |= ( ord($str[$i / self::CHAR_ALIGNMENT]) & $alignment) << ($i % 32);        }         return $bin;    } } class MD5Tool {    /** S11-S44原本是一个 4 * 4 的矩阵，在C实现中是用#define 实现的，     * 这里作为类的常量表示，在各种对象间共享      */    const S11 = 7;    const S12 = 12;    const S13 = 17;    const S14 = 22;     const S21 = 5;    const S22 = 9;    const S23 = 14;    const S24 = 20;     const S31 = 4;    const S32 = 11;    const S33 = 16;    const S34 = 23;     const S41 = 6;    const S42 = 10;    const S43 = 15;    const S44 = 21;     /** F, G, H ,I 是4个基本的MD5函数，     * 在C实现中，一般是用宏实现，这里我们以类方法的形式给出      */    public static function F($x, $y, $z) {        return ($x & $y) | ((~$x) & $z);    }     public static function G($x, $y, $z) {        return ($x & $z) | ($y & (~$z));    }     public static function H($x, $y, $z) {        return $x ^ $y ^ $z;    }     public static function I($x, $y, $z) {        return $y ^ ($x | (~$z));    }     /**     * 左移N位     * @param type $x     * @param type $n     * @return type      */    public static function ROTATE_LEFT($x, $n) {        return ($x << $n) | self::URShift($x, (32 - $n));    }     /**     * PHP无符号右移     * @param type $x     * @param type $bits     * @return type      */    public static function URShift($x, $bits) {        /** 转换成代表二进制数字的字符串 */        $bin = decbin($x);        $len = strlen($bin);         /** 字符串长度超出则截取底32位，长度不够，则填充高位为0到32位  */        if ($len > 32) {            $bin = substr($bin, $len - 32, 32);        } elseif ($len < 32) {            $bin = str_pad($bin, 32, '0', STR_PAD_LEFT);        }         /** 取出要移动的位数，并在左边填充0  */        return bindec(str_pad(substr($bin, 0, 32 - $bits), 32, '0', STR_PAD_LEFT));    }     /**     * FF,GG,HH和II将调用F,G,H,I进行近一步变换     * 其中FF,GG,HH和II分别为四轮转移调用     *      * 注意: 在PHP中，这里使用了引用返回，第一个元素     * 并且所有的返回值必须执行intval强制转换为整形，否则最终可能会被PHP自动转换     */    public static function FF(&$a, $b, $c, $d, $x, $s, $ac) {        $a += self::F($b, $c, $d) + ($x) + $ac;        $a = self::ROTATE_LEFT($a, $s);        $a = intval($a + $b);    }     public static function GG(&$a, $b, $c, $d, $x, $s, $ac) {        $a += self::G($b, $c, $d) + ($x) + $ac;        $a = self::ROTATE_LEFT($a, $s);        $a = intval($a + $b);    }     public static function HH(&$a, $b, $c, $d, $x, $s, $ac) {        $a += self::H($b, $c, $d) + ($x) + $ac;        $a = self::ROTATE_LEFT($a, $s);        $a = intval($a + $b);    }     public static function II(&$a, $b, $c, $d, $x, $s, $ac) {        $a += self::I($b, $c, $d) + ($x) + $ac;        $a = self::ROTATE_LEFT($a, $s);        $a = intval($a + $b);    } } ?>

在构造函数中，MD5算法的几个步骤基本一一对应。

后记

其实这篇文章并没有多大的实用价值，除非你想用PHP实现一下MD5算法，并了解一下具体的MD5算法，除非你和我一样，有些手贱，除非……

参考资料

• http://zh.wikipedia.org/zh-cn/MD5
• http://www.cppblog.com/ant/archive/2007/09/11/31886.html
• http://tech.fromeasy.com/bbs/viewthread.php?tid=693
• http://pajhome.org.uk/crypt/md5/
• 转自：http://www.phppan.com/2012/07/php-md5/