MD5加密算

  Message Digest Algorithm MD5（中文名为消息摘要算法第五版）为计算机安全领域广泛使用的一种散列函数，用以提供消息的完整性保护。是计算机广泛使用的杂凑算法之一（又译摘要算法、哈希算法），主流编程语言普遍已有MD5实现。将数据（如汉字）运算为另一固定长度值，是杂凑算法的基础原理，MD5的前身有MD2、MD3和MD4。

  MD5算法具有以下特点：

1、压缩性：任意长度的数据，算出的MD5值长度都是固定的。

2、容易计算：从原数据计算出MD5值很容易。

3、抗修改性：对原数据进行任何改动，哪怕只修改1个字节，所得到的MD5值都有很大区别。

4、强抗碰撞：已知原数据和其MD5值，想找到一个具有相同MD5值的数据（即伪造数据）是非常困难的。

  MD5的作用是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密钥前被"压缩"成一种保密的格式（就是把一个任意长度的字节串变换成一定长的十六进制数字串）。除了MD5以外，其中比较有名的还有sha-1、RIPEMD以及Haval等。

  

MD2

Rivest在1989年开发出MD2算法。在这个算法中，首先对信息进行数据补位，使信息的字节长度是16的倍数。然后，以一个16位的检验和追加到信息末尾，并且根据这个新产生的信息计算出散列值。后来，Rogier和Chauvaud发现如果忽略了检验将和MD2产生冲突。MD2算法加密后结果是唯一的（即不同信息加密后的结果不同）。

MD4

为了加

MD5

强算法的安全性，Rivest在1990年又开发出MD4算法。MD4算法同样需要填补信息以确保信息的比特位长度减去448后能被512整除（信息比特位长度mod 512 = 448）。然后，一个以64位二进制表示的信息的最初长度被添加进来。信息被处理成512位damg?rd/merkle迭代结构的区块，而且每个区块要通过三个不同步骤的处理。Den boer和Bosselaers以及其他人很快的发现了攻击MD4版本中第一步和第三步的漏洞。Dobbertin向大家演示了如何利用一部普通的个人电脑在几分钟内找到MD4完整版本中的冲突（这个冲突实际上是一种漏洞，它将导致对不同的内容进行加密却可能得到相同的加密后结果）。毫无疑问，MD4就此被淘汰掉了。

尽管MD4算法在安全上有个这么大的漏洞，但它对在其后才被开发出来的好几种信息安全加密算法的出现却有着不可忽视的引导作用。

MD5

1991年，Rivest开发出技术上更为趋近成熟的md5算法。它在MD4的基础上增加了"安全-带子"（safety-belts）的概念。虽然MD5比MD4复杂度大一些，但却更为安全。这个算法很明显的由四个和MD4设计有少许不同的步骤组成。在MD5算法中，信息-摘要的大小和填充的必要条件与MD4完全相同。Den boer和Bosselaers曾发现MD5算法中的假冲突（pseudo-collisions），但除此之外就没有其他被发现的加密后结果了。

算法原理

编辑

原理

对MD5算法简要的叙述可以为：MD5以512位分组来处理输入的信息，且每一分组又被划分为16个32位子分组，经过了一系列的处理后，算法的输出由四个32位分组组成，将这四个32位分组级联后将生成一个128位散列值。

总体流程如下图所示，

 表示第i个分组，每次的运算都由前一轮的128位结果值和第i块512bit值进行运算。

MD5算法的整体流程图

1.填充

在MD5算法中，首先需要对信息进行填充，使其位长对512求余的结果等于448，并且填充必须进行，即使其位长对512求余的结果等于448。因此，信息的位长（Bits Length）将被扩展至N*512+448，N为一个非负整数，N可以是零。

填充的方法如下：

1) 在信息的后面填充一个1和无数个0，直到满足上面的条件时才停止用0对信息的填充。

2) 在这个结果后面附加一个以64位二进制表示的填充前信息长度（单位为Bit），如果二

进制表示的填充前信息长度超过64位，则取低64位。

经过这两步的处理，信息的位长=N*512+448+64=(N+1）*512，即长度恰好是512的整数倍。这样做的原因是为满足后面处理中对信息长度的要求。

2. 初始化变量

初始的128位值为初试链接变量，这些参数用于第一轮的运算，以大端字节序来表示，他们分别为： A=0x01234567，B=0x89ABCDEF，C=0xFEDCBA98，D=0x76543210。

（每一个变量给出的数值是高字节存于内存低地址，低字节存于内存高地址，即大端字节序。在程序中变量A、B、C、D的值分别为0x67452301，0xEFCDAB89，0x98BADCFE，0x10325476）

3. 处理分组数据

每一分组的算法流程如下：

第一分组需要将上面四个链接变量复制到另外四个变量中：A到a，B到b，C到c，D到d。从第二分组开始的变量为上一分组的运算结果，即A = a， B = b， C = c， D = d。

主循环有四轮（MD4只有三轮），每轮循环都很相似。第一轮进行16次操作。每次操作对a、b、c和d中的其中三个作一次非线性函数运算，然后将所得结果加上第四个变量，文本的一个子分组和一个常数。再将所得结果向左环移一个不定的数，并加上a、b、c或d中之一。最后用该结果取代a、b、c或d中之一。

以下是每次操作中用到的四个非线性函数（每轮一个）。

F( X ,Y ,Z ) = ( X & Y ) | ( (~X) & Z )

G( X ,Y ,Z ) = ( X & Z ) | ( Y & (~Z) )

H( X ,Y ,Z ) =X ^ Y ^ Z

I( X ,Y ,Z ) =Y ^ ( X | (~Z) )

（&是与（And），|是或（Or），~是非（Not），^是异或（Xor））

这四个函数的说明：如果X、Y和Z的对应位是独立和均匀的，那么结果的每一位也应是独立和均匀的。

F是一个逐位运算的函数。即，如果X，那么Y，否则Z。函数H是逐位奇偶操作符。

假设Mj表示消息的第j个子分组（从0到15），常数ti是4294967296*abs( sin(i) ）的整数部分，i 取值从1到64，单位是弧度。（4294967296=232）

现定义：

FF(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti ) 操作为 a = b + ( (a + F(b,c,d) + Mj + ti) << s)

GG(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti ) 操作为 a = b + ( (a + G(b,c,d) + Mj + ti) << s)

HH(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti) 操作为 a = b + ( (a + H(b,c,d) + Mj + ti) << s)

II(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti) 操作为 a = b + ( (a + I(b,c,d) + Mj + ti) << s)

注意：“<<”表示循环左移位，不是左移位。

这四轮（共64步）是：

第一轮

FF(a ,b ,c ,d ,M0 ,7 ,0xd76aa478 )

FF(d ,a ,b ,c ,M1 ,12 ,0xe8c7b756 )

FF(c ,d ,a ,b ,M2 ,17 ,0x242070db )

FF(b ,c ,d ,a ,M3 ,22 ,0xc1bdceee )

FF(a ,b ,c ,d ,M4 ,7 ,0xf57c0faf )

FF(d ,a ,b ,c ,M5 ,12 ,0x4787c62a )

FF(c ,d ,a ,b ,M6 ,17 ,0xa8304613 )

FF(b ,c ,d ,a ,M7 ,22 ,0xfd469501)

FF(a ,b ,c ,d ,M8 ,7 ,0x698098d8 )

FF(d ,a ,b ,c ,M9 ,12 ,0x8b44f7af )

FF(c ,d ,a ,b ,M10 ,17 ,0xffff5bb1 )

FF(b ,c ,d ,a ,M11 ,22 ,0x895cd7be )

FF(a ,b ,c ,d ,M12 ,7 ,0x6b901122 )

FF(d ,a ,b ,c ,M13 ,12 ,0xfd987193 )

FF(c ,d ,a ,b ,M14 ,17 ,0xa679438e )

FF(b ,c ,d ,a ,M15 ,22 ,0x49b40821 )

第二轮

GG(a ,b ,c ,d ,M1 ,5 ,0xf61e2562 )

GG(d ,a ,b ,c ,M6 ,9 ,0xc040b340 )

GG(c ,d ,a ,b ,M11 ,14 ,0x265e5a51 )

GG(b ,c ,d ,a ,M0 ,20 ,0xe9b6c7aa )

GG(a ,b ,c ,d ,M5 ,5 ,0xd62f105d )

GG(d ,a ,b ,c ,M10 ,9 ,0x02441453 )

GG(c ,d ,a ,b ,M15 ,14 ,0xd8a1e681 )

GG(b ,c ,d ,a ,M4 ,20 ,0xe7d3fbc8 )

GG(a ,b ,c ,d ,M9 ,5 ,0x21e1cde6 )

GG(d ,a ,b ,c ,M14 ,9 ,0xc33707d6 )

GG(c ,d ,a ,b ,M3 ,14 ,0xf4d50d87 )

GG(b ,c ,d ,a ,M8 ,20 ,0x455a14ed )

GG(a ,b ,c ,d ,M13 ,5 ,0xa9e3e905 )

GG(d ,a ,b ,c ,M2 ,9 ,0xfcefa3f8 )

GG(c ,d ,a ,b ,M7 ,14 ,0x676f02d9 )

GG(b ,c ,d ,a ,M12 ,20 ,0x8d2a4c8a )

第三轮

HH(a ,b ,c ,d ,M5 ,4 ,0xfffa3942 )

HH(d ,a ,b ,c ,M8 ,11 ,0x8771f681 )

HH(c ,d ,a ,b ,M11 ,16 ,0x6d9d6122 )

HH(b ,c ,d ,a ,M14 ,23 ,0xfde5380c )

HH(a ,b ,c ,d ,M1 ,4 ,0xa4beea44 )

HH(d ,a ,b ,c ,M4 ,11 ,0x4bdecfa9 )

HH(c ,d ,a ,b ,M7 ,16 ,0xf6bb4b60 )

HH(b ,c ,d ,a ,M10 ,23 ,0xbebfbc70 )

HH(a ,b ,c ,d ,M13 ,4 ,0x289b7ec6 )

HH(d ,a ,b ,c ,M0 ,11 ,0xeaa127fa )

HH(c ,d ,a ,b ,M3 ,16 ,0xd4ef3085 )

HH(b ,c ,d ,a ,M6 ,23 ,0x04881d05 )

HH(a ,b ,c ,d ,M9 ,4 ,0xd9d4d039 )

HH(d ,a ,b ,c ,M12 ,11 ,0xe6db99e5 )

HH(c ,d ,a ,b ,M15 ,16 ,0x1fa27cf8 )

HH(b ,c ,d ,a ,M2 ,23 ,0xc4ac5665 )

第四轮

II(a ,b ,c ,d ,M0 ,6 ,0xf4292244 )

II(d ,a ,b ,c ,M7 ,10 ,0x432aff97 )

II(c ,d ,a ,b ,M14 ,15 ,0xab9423a7 )

II(b ,c ,d ,a ,M5 ,21 ,0xfc93a039 )

II(a ,b ,c ,d ,M12 ,6 ,0x655b59c3 )

II(d ,a ,b ,c ,M3 ,10 ,0x8f0ccc92 )

II(c ,d ,a ,b ,M10 ,15 ,0xffeff47d )

II(b ,c ,d ,a ,M1 ,21 ,0x85845dd1 )

II(a ,b ,c ,d ,M8 ,6 ,0x6fa87e4f )

II(d ,a ,b ,c ,M15 ,10 ,0xfe2ce6e0 )

II(c ,d ,a ,b ,M6 ,15 ,0xa3014314 )

II(b ,c ,d ,a ,M13 ,21 ,0x4e0811a1 )

II(a ,b ,c ,d ,M4 ,6 ,0xf7537e82 )

II(d ,a ,b ,c ,M11 ,10 ,0xbd3af235 )

II(c ,d ,a ,b ,M2 ,15 ,0x2ad7d2bb )

II(b ,c ,d ,a ,M9 ,21 ,0xeb86d391 )

所有这些完成之后，将a、b、c、d分别在原来基础上再加上A、B、C、D。

即a = a + A，b = b + B，c = c + C，d = d + D

然后用下一分组数据继续运行以上算法。

4. 输出

最后的输出是a、b、c和d的级联。

当你按照我上面所说的方法实现MD5算法以后，你可以用以下几个信息对你做出来的程序作一个简单的测试，看看程序有没有错误。

MD5 ("") = d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e

MD5 ("a") = 0cc175b9c0f1b6a831c399e269772661

MD5 ("abc") = 900150983cd24fb0d6963f7d28e17f72

MD5 ("message digest") = f96b697d7cb7938d525a2f31aaf161d0

MD5 ("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz") = c3fcd3d76192e4007dfb496cca67e13b

MD5 ("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz") =

f29939a25efabaef3b87e2cbfe641315

MD5 ("8a683566bcc7801226b3d8b0cf35fd97") =cf2cb5c89c5e5eeebef4a76becddfcfd

MD5加密字符串实例

现以字符串“jklmn”为例。

该字符串在内存中表示为：6A 6B 6C 6D 6E（从左到右为低地址到高地址，后同），信息长度为40 bits， 即0x28。

对其填充，填充至448位，即56字节。结果为：

6A 6B 6C 6D 6E 80 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

剩下64位，即8字节填充填充前信息位长，按小端字节序填充剩下的8字节，结果为。

6A 6B 6C 6D 6E 80 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 28 00 00 00 00 00 00 00

（64字节，512 bits）

初始化A、B、C、D四个变量。

将这64字节填充后数据分成16个小组（程序中对应为16个数组），即：

M0：6A 6B 6C 6D （这是内存中的顺序，按照小端字节序原则，对应数组M(0)的值为0x6D6C6B6A，下同）

M1：6E 80 00 00

M2：00 00 00 00

.....

M14：28 00 00 00

M15：00 00 00 00

经过“3. 分组数据处理”后，a、b、c、d值分别为0xD8523F60、0x837E0144、0x517726CA、0x1BB6E5FE

在内存中为a：60 3F 52 D8

b：44 01 7E 83

c：CA 26 77 51

d：FE E5 B6 1B

a、b、c、d按内存顺序输出即为最终结果：603F52D844017E83CA267751FEE5B61B。这就是字符串“jklmn”的MD5值。