哈希函数MD5Word文档下载推荐.docx
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对散列函数的攻击方法主要有两种：
●穷举攻击：
它可以用于对任何类型的散列函数的攻击，最典型的方式就是所谓的“生日攻击”。
采用生日攻击的攻击者将产生许多明文消息，然后计算这些明文消息的摘要，进行比较。
●利用散列函数的代数结构：
攻击其函数的弱性质。
通常的有中间相遇攻击、修正分组攻击和差分分析攻击等。
四．MD5哈希函数
1990年R.L.Rivest提出哈希函数MD4。
MD4不是建立在其他密码系统和假设之上，而是一种直接构造法。
所以计算速度快，特别适合32位计算机软件实现，对于长的信息签名很实用。
MD5是MD4的改进版，它比MD4更复杂，但是设计思想相似并且也产生了128位摘要。
五．MD5哈希算法流程
对于任意长度的明文，MD5首先对其进行分组，使得每一组的长度为512位，然后对这些明文分组反复重复处理。
对于每个明文分组的摘要生成过程如下：
（1）将512位的明文分组划分为16个子明文分组，每个子明文分组为32位。
（2）申请4个32位的链接变量，记为A、B、C、D。
（3）子明文分组与链接变量进行第1轮运算。
（4）子明文分组与链接变量进行第2轮运算。
（5）子明文分组与链接变量进行第3轮运算。
（6）子明文分组与链接变量进行第4轮运算。
（7）链接变量与初始链接变量进行求和运算。
（8）链接变量作为下一个明文分组的输入重复进行以上操作。
（9）最后，4个链接变量里面的数据就是MD5摘要。
六．MD5分组过程
对于任意长度的明文，MD5可以产生128位的摘要。
任意长度的明文首先需要添加位数，使明文总长度为448（mod512）位。
在明文后添加位的方法是第一个添加位是l，其余都是0。
然后将真正明文的长度（没有添加位以前的明文长度）以64位表示，附加于前面已添加过位的明文后，此时的明文长度正好是512位的倍数。
当明文长度大于2的64次方时，仅仅使用低64位比特填充，附加到最后一个分组的末尾。
经过添加处理的明文，其长度正好为512位的整数倍，然后按512位的长度进行分组（block），可以划分成L份明文分组，我们用Y0，Y1，……，YL-1表示这些明文分组。
对于每一个明文分组，都要重复反复的处理。
七．MD5子明文分组和链接变量
对于512位的明文分组，MD5将其再分成16份子明文分组（sub-block），每份子明文分组为32位，我们使用M[k]（k=0,1,……15）来表示这16份子明文分组。
这里的概念要弄清楚，一个添加位后的明文可以划分为L份明文分组，而一个明文分组又可以划分为16份子明文分组。
MD5有4轮非常相似的运算，每一轮包括16个类似的步骤，每一个步骤的数据处理都是针对4个32位记录单元中的数据进行的。
这4个链接变量的初始值以16进位制表示如下（低字节优先）A：
0x01234567，B：
0x89ABCDEF，C：
0xFEDCBA98，D：
0x76543210，这时A、B、C、D四个链接变量的值为：
A=0x67452301，B=0xEFCDAB89，C=0x98BADCFE，D=0x10325476。
链接变量用于存放中间散列函数值，经过4轮运算（共64个步骤）之后，链接变量A，B，C，D中的128位即为中间散列函数值。
中间散列函数值作为下一个明文分组的输入继续使用，当所有的明文分组都处理完毕后，链接变量A，B，C，D中的128位数据就是摘要。
八．MD5第1轮运算
MD5有4轮非常相似的运算，每一轮包括16个类似的步骤，当第1轮运算中的第1步骤开始处理时，A、B、C、D四个链接变量中的值先赋值到另外4个记录单元A′，B′，C′，D′中。
这4个值将保留，用于在第4轮的最后一个步骤完成之后与A，B，C，D进行求和操作。
第1轮的操作程序为FF（a,b,c,d,M[k],S,T[i]）
它表示的逻辑为：
a←b+（（a+F（b,c,d）+M[k]+T[i]）<
<
S）
其中，a、b、c、d为32位的变量，M[k]表示相应的子明文分组，对于4轮共64步的MD5算法中T[i]是64个不同的固定的数值，S为循环左移的位数，F（x，y，z）是第一轮的逻辑函数，最后将结果存放在链接变量A中，固定值T[i]，循环左移位数和逻辑函数将在以后讨论。
第1轮16步的固定值T[i]的取值。
T[1]=D76AA478
T[5]=F57C0FAF
T[9]=698098D8
T[13]=6B901122
T[2]=E8C7B756
T[6]=4787C62A
T[10]=8B44F7AF
T[14]=FD987193
T[3]=242070DB
T[7]=A8304613
T[11]=FFFF5BB1
T[15]=A679438E
T[4]=C1BDCEEE
T[8]=FD469501
T[12]=895CD7BE
T[16]=49B40821
MD5规定，第一轮的16步的操作程序。
MD5第1轮16步运算
步骤数
运算
1
FF（A,B,C,D,M[0],7,0xD76AA478）
2
FF（D,A,B,C,M[1],12,0xE8C7B756）
3
FF（C,D,A,B,M[2],17,0x242070DB）
4
FF（B,C,D,A,M[3],22,0xC1BDCEEE）
5
FF（A,B,C,D,M[4],7,0xF57C0FAF）
6
FF（D,A,B,C,M[5],12,0x4787C62A）
7
FF（C,D,A,B,M[6],17,0xA8304613）
8
FF（B,C,D,A,M[7],22,0xFD469501）
9
FF（A,B,C,D,M[8],7,0x698098D8）
10
FF（D,A,B,C,M[9],12,0x8B44F7AF）
11
FF（C,D,A,B,M[10],17,0xFFFF5BB1）
12
FF（B,C,D,A,M[11],22,0x895CD7BE）
13
FF（A,B,C,D,M[12],7,0x6B901122）
14
FF（D,A,B,C,M[13],12,0xFD987193）
15
FF（C,D,A,B,M[14],17,0xA6794383）
16
FF（B,C,D,A,M[15],22,0x49B40821）
MD5算法中，第一轮的逻辑函数为F（x，y，z）=（x&
y）|（~x&
z），MD5的算法比较复杂，每一轮包括16步类似的运算，下面我们以第1轮的第1步和第2步为例来展示每一步的运算。
例如，子明文分组M[0]=0x4368696E，第1轮的操作程序为FF（a,b,c,d,M[k],S,T[i]），它表示的逻辑为：
a←b+（（a+F（b,c,d）+M[k]+T[i]）<
第一轮的逻辑函数F（x，y，z）=（x&
z），由表4-1-2知，第1轮第1步的运算为：
FF（A,B,C,D,M[0],7,0xD76AA478），注意到这里的0xD76AA478就是T[1]的值，变量a、b、c、d分别代表链接变量A、B、C、D。
首先，b、c、d要经过逻辑函数F，即:
然后得到的值要与A、M[0]和T[1]相加得0x67452301+0x98BADCFE+0x6E696843+0xD76AA478=0x45D40CBA，0x45D40CBA要循环左移7位，得到结果：
0xEA065D22，0xEA065D22与b相加得：
0xEA065D22+0xEFCDAB89=0xD9D408AB，最后，将这个结果赋值给a，第1步的计算就完成了，只有链接变量A发生了改变，这时链接标量的值为：
A=0xD9D408AB
B=0x89ABCDEF
C=0xFEDCBA98
D=0x76543210
经过16个步骤之后，MD5的第一轮运算就完成了，链接变量A、B、C、D将携带第1轮运算后的数值进入第二轮运算。
九．MD5后3轮运算
MD5第2轮、第3轮和第4轮算运与第一轮运算相似，这里给出相应的操作程序、固定数T、每一步运算和逻辑函数。
第2轮的逻辑函数为：
G（x,y,z）=（x&
z）|（y&
~z）。
第3轮的逻辑函数为：
H（x,y,z）=x⊕y⊕z。
第4轮的逻辑函数为：
I（x,y,z）=y⊕（x&
第2轮的操作程序为：
GG（A,B,C,D,M[k],S,T[i]）。
a←b+（（a+G（B,C,D）+M[k]+T[i]）<
S）。
第3轮的操作程序为：
HH（A,B,C,D,M[k],S,T[i]）。
a←b+（（a+H（B,C,D）+M[k]+T[i]）<
第4轮的操作程序为：
II（A,B,C,D,M[k],S,T[i]）。
a←b+（（a+I（B,C,D）+M[k]+T[i]）<
后3轮的每个步骤的运算如表4-1-3所示。
表4-1-3MD5后3轮16步运算
第二轮
GG（A,B,C,D,M[1],5,0xF61E2562）
GG（D,A,B,C,M[6],9,0xC040B340）
GG（C,D,A,B,M[11],14,0x275E5A51）
GG（B,C,D,A,M[0],20,0xE9B6C7AA）
GG（A,B,C,D,M[5],5,0xD62F105D）
GG（D,A,B,C,M[10],9,0x02441453）
GG（C,D,A,B,M[15],14,0xD8A1E681）
GG（B,C,D,A,M[4],20,0xE7D3FBC8）
GG（A,B,C,D,M[9],5,0x21E1CDE6）
GG（D,A,B,C,M[14],9,0xC33707D6）
GG（C,D,A,B,M[3],14,0xF4D50D87）
GG（B,C,D,A,M[8],20,0x455A14ED）
GG（A,B,C,D,M[13],5,0xA9E3E905）
GG（D,A,B,C,M[2],9,0xFCEFA3F8）
GG（C,D,A,B,M[7],14,0x676F02D9）
GG（B,C,D,A,M[12],20,0x8D2A4C8A）
第三轮
HH（A,B,C,D,M[5],4,0xFFFA3942）
HH（D,A,B,C,M[8],11,0x8771F681）
HH（C,D,A,B,M[11],16,0x6D9D6122）
HH（B,C,D,A,M[14],23,0xFDE5380C）
HH（A,B,C,D,M[1],4,0xA4BEEA44）
HH（D,A,B,C,M[4],11,0x4BDECFA9）
HH（C,D,A,B,M[7],16,0xF6BB4B60）
HH（B,C,D,A,M[10],23,0xBEBFBC70）
HH（A,B,C,D,M[13],4,0x289B7EC6）
HH（D,A,B,C,M[0],11,0xEAA127FA）
HH（C,D,A,B,M[3],16,0xD4EF3085）
HH（B,C,D,A,M[6],23,0x04881D05）
HH（A,B,C,D,M[9],4,0xD9D4D039）
HH（D,A,B,C,M[12],11,0xE6DB99E5）
HH（C,D,A,B,M[15],16,0x1FA27CF8）
HH（B,C,D,A,M[2],23,0xC4AC5665）
第四轮
II（A,B,C,D,M[0],6,0xF4292244）
II（D,A,B,C,M[7],10,0x411AFF97）
II（C,D,A,B,M[14],15,0xAB9423A7）
II（B,C,D,A,M[5],21,0xFC93A039）
II（A,B,C,D,M[12],6,0x655B59C3）
II（D,A,B,C,M[3],10,0x8F0CCC92）
II（C,D,A,B,M[10],15,0xFFEFF47D）
II（B,C,D,A,M[1],21,0x85845DD1）
II（A,B,C,D,M[8],6,0x6AFA87E4F）
II（D,A,B,C,M[15],10,0xFE2CE6E0）
II（C,D,A,B,M[6],15,0xA3014314）
II（B,C,D,A,M[13],21,0x4E0811A1）
II（A,B,C,D,M[4],6,0xF7537E82）
II（D,A,B,C,M[11],10,0xBD3AF235）
II（C,D,A,B,M[2],15,0x2AD7D2BB）
II（B,C,D,A,M[9],21,0xEB86D391
后3轮的固定数T[i]的值如表4-1-4所示。
表4-1-4后3轮的固定数T[i]
T[17]=F61E2562
T[33]=FFFA3942
T[49]=F4292244
T[18]=C040B340
T[34]=8771F681
T[50]=432AFF97
T[19]=265E5A51
T[35]=699D6122
T[51]=AB9423A7
T[20]=E9B6C7AA
T[36]=FDE5380C
T[52]=FC93A039
T[21]=D62F105D
T[37]=A4BEEA44
T[53]=655B59C3
T[22]=02441453
T[38]=4BDECFA9
T[54]=8F0CCC92
T[23]=D8A1E681
T[39]=F6BB4B60
T[55]=FFEFF47D
T[24]=E7D3FBC8
T[40]=BEBFBC70
T[56]=85845DD1
T[25]=21E1CDE6
T[41]=289B7EC6
T[57]=6FA87E4F
T[26]=C33707D6
T[42]=EAA127FA
T[58]=FE2CE6E0
T[27]=F4D50D87
T[43]=D4EF3085
T[59]=A3014314
T[28]=455A14ED
T[44]=04881D05
T[60]=4E0811A1
T[29]=A9E3E905
T[45]=D9D4D039
T[61]=F7657E82
T[30]=FCEEA3F8
T[46]=E6DB99E5
T[62]=BD3AF235
T[31]=676F02D9
T[47]=1FA27CF8
T[63]=2AD7D2BB
T[32]=8D2A4C8A
T[48]=C4AC5665
T[64]=EB86D391
十．求和运算
第四轮最后一步骤的A，B，C，D输出，将分别与A′，B′，C′，D′记录单元中数值进行求和操作。
其结果将成为处理下一个512位明文分组时记录单元A，B，C，D的初始值。
当完成了最后一个明文分组运算时，A，B，C，D中的数值就是最后的散列函数值。
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