短网址的研究与实现.docx

1、短网址的研究与实现上海电力学院信息安全综合课程设计题目：短网址的研究与实现 院系：计算机科学与技术学院专业年级： 2010级学生姓名：李正熹学号： 20103273 指导教师：魏为民2014年1月15日目录1 设计任务和要求2 设计原理2.1 短网址的简介2.2 短网址算法原理2.3 md5简介2.4 md5加密算法3 算法流程图3.1 md5加密算法流程图3.2 生成短网址流程图3.3 还原短网址流程图4 实现过程和结果5 实验小结6 附录源代码一、设计任务和要求短网址（Short URL）是一个潮流。目前已经有许多类似服务，借助短网址可以用简短的网址替代原来冗长的网址，让使用者可以更容易的

2、分享链接。现在大部分微博、手机邮件提醒等地方已经有很多应用模式了，并占据了一定的市场。编程实现与还原短网址，并比较主流微博短网址技术。二、设计原理1 短网址简介短网址服务，可能很多朋友都已经不再陌生，特别是在微博应用中十分普遍，比如，当我们在腾讯、新浪微博发微博时有时发很长的网址连接，但由于微博只限制140个字，所以微博就自动把您发的长网址给转换成短网址了。其实，个人认为短网址不一定真的好记，几位数字+字符的组合，甚至很难记忆。但无可否认在微博和手机短信提醒等限制字数的地方来使用短网址，的确是一个不错的方案。短网址通常使用“比较少字符的网址”+“/”+“代码”，打开短网址网页通常会直接跳转到你

3、要缩短的网址（常见），或者几秒广告后在跳转。比如向XX短网址可以自定义后缀，有些短网址还可以进行泛域名解析，十分方便大家使用。2 短网址算法原理1)将长网址md5生成32位签名串,分为4段,每段1个字节（即8位）;2)对这四段循环处理, 取1个字节（8位）,将他看成16进制串与0x3fffffff(30位1)与操作, 即超过30位的忽略处理;3)这30位分成6段, 每5位的数字作为字母表的索引取得特定字符,依次进行获得6位字符串;4)总的md5串可以获得4个6位串; 取里面的任意一个就可作为这个长url的短url地址;3 md5简介1991年，Rivest开发出技术上更为趋近成熟的md5算法。

4、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。4 md5加密算法对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1

5、28位散列值。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。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，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。然后，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。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。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

6、行运算。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。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

7、。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) =XYZI(X,Y,Z)=Y(X|(Z)（&；是与，|是或，是非，是异或）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。（429496729

8、6等于2的32次方）FF(a,b,c,d,Mj,s,ti）表示 a = b + (a + F(b,c,d) + Mj + ti) s)GG(a,b,c,d,Mj,s,ti）表示 a = b + (a + G(b,c,d) + Mj + ti) s)HH(a,b,c,d,Mj,s,ti）表示 a = b + (a + H(b,c,d) + Mj + ti) s)（a,b,c,d,Mj,s,ti）表示 a = b + (a + I(b,c,d) + Mj + ti) s)这四轮（64步）是：第一轮FF(a,b,c,d,M0,7,0xd76aa478）FF(d,a,b,c,M1,12,0xe8c7b

9、756）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

10、,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(

11、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,M8,11,0x877

12、1f681）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,M

13、9,4,0xd9d4d039）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（a,b,c,d,M0,6,0xf4292244）（d,a,b,c,M7,10,0x432aff97）（c,d,a,b,M14,15,0xab9423a7）（b,c,d,a,M5,21,0xfc93a039）（a,b,c,d,M12,6,0x655b59c3）（d,a,b,c,M3,10,0x8f0ccc92）（c,d,a,b,M10,15,0xffeff47d)（b,c,d,a,M1,2

14、1,0x85845dd1）（a,b,c,d,M8,6,0x6fa87e4f)（d,a,b,c,M15,10,0xfe2ce6e0)（c,d,a,b,M6,15,0xa3014314）（b,c,d,a,M13,21,0x4e0811a1）（a,b,c,d,M4,6,0xf7537e82）（d,a,b,c,M11,10,0xbd3af235）（c,d,a,b,M2,15,0x2ad7d2bb)（b,c,d,a,M9,21,0xeb86d391）所有这些完成之后，将A、B、C、D分别加上a、b、c、d。然后用下一分组数据继续运行算法，最后的输出是A、B、C和D的级联。三、算法流程图Md5加密生成短网

15、址 还原长网址四、过程及结果生成短网址还原短网址Txt中存储内容五、设计总结本次实验主要完成了短网址的生成与实现，在实现过程中，使用java或者php可能会比较简单实现，但是因为没有学过这类语言所以使用了C+的实现方法，在实验过程中，碰到了一些瓶颈，在string类型做运算时碰到了困难，在同学的帮助下转换成了int类型数组进行了与运算，将英文字母转化成对应的数字进行计算，使用md5的值将长网址成功简化成短网址，在简化过程中应该将对应的数据录入数据库，因为之前没有使用过C+连接数据库的经验，在网络和图书馆也没有找到相关资料，最后选择使用文件流将其输入TXT文档中，在将短网址还原到长网址的过程中，

16、检索对应的5位短网址，因为输入时是用空行排列，所以一旦找到对应短网址读取下一行就是对应的长网址了。对于本次实验，查了很多资料，学习了md5加密算法的流程，并且将实现的过程也了解了一下，对于短网址，已经是现在的主流，很多地方都能用到，之前从来没有想过这个短网址生成的方法，通过实验详细了解了也亲手实践，体会到了这一个转化的过程，对于整个完成的实验，总的来说还是有所不足，对于数据类型的把握和数据文件的处理方面还有所欠缺。六、源程序Md5.h#ifndef MD5_H#define MD5_H#include #include /* Type define */typedef unsigned cha

17、r byte;typedef unsigned long ulong;using std:string;using std:ifstream;/* MD5 declaration. */class MD5 public: MD5(); MD5(const void *input, size_t length); MD5(const string &str); MD5(ifstream &in); void update(const void *input, size_t length); void update(const string &str); void update(ifstream

18、&in); const byte* digest(); string toString(); void reset();private: void update(const byte *input, size_t length); void final(); void transform(const byte block64); void encode(const ulong *input, byte *output, size_t length); void decode(const byte *input, ulong *output, size_t length); string byt

19、esToHexString(const byte *input, size_t length); /* class uncopyable */ MD5(const MD5&); MD5& operator=(const MD5&);private: ulong _state4; /* state (ABCD) */ ulong _count2; /* number of bits, modulo 264 (low-order word first) */ byte _buffer64; /* input buffer */ byte _digest16; /* message digest *

20、/ bool _finished; /* calculate finished ? */public: static const byte PADDING64; /* padding for calculate */ static const char HEX16;#endif/*MD5_H*/Md5.cpp#include md5.husing namespace std;static const size_t BUFFER_SIZE=1024;/* Constants for MD5Transform routine. */#define S11 7#define S12 12#defin

21、e S13 17#define S14 22#define S21 5#define S22 9#define S23 14#define S24 20#define S31 4#define S32 11#define S33 16#define S34 23#define S41 6#define S42 10#define S43 15#define S44 21/* F, G, H and I are basic MD5 functions.*/#define F(x, y, z) (x) & (y) | (x) & (z)#define G(x, y, z) (x) & (z) |

22、(y) & (z)#define H(x, y, z) (x) (y) (z)#define I(x, y, z) (y) (x) | (z)/* ROTATE_LEFT rotates x left n bits.*/#define ROTATE_LEFT(x, n) (x) (32-(n)/* FF, GG, HH, and II transformations for rounds 1, 2, 3, and 4.Rotation is separate from addition to prevent recomputation.*/#define FF(a, b, c, d, x, s

23、, ac) (a) += F (b), (c), (d) + (x) + ac; (a) = ROTATE_LEFT (a), (s); (a) += (b); #define GG(a, b, c, d, x, s, ac) (a) += G (b), (c), (d) + (x) + ac; (a) = ROTATE_LEFT (a), (s); (a) += (b); #define HH(a, b, c, d, x, s, ac) (a) += H (b), (c), (d) + (x) + ac; (a) = ROTATE_LEFT (a), (s); (a) += (b); #de

24、fine II(a, b, c, d, x, s, ac) (a) += I (b), (c), (d) + (x) + ac; (a) = ROTATE_LEFT (a), (s); (a) += (b); const byte MD5:PADDING64 = 0x80 ;const char MD5:HEX16 = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, a, b, c, d, e, f;/* Default construct. */MD5:MD5() reset();/* Construct a MD5 object with a input buffer. */M

25、D5:MD5(const void *input, size_t length) reset(); update(input, length);/* Construct a MD5 object with a string. */MD5:MD5(const string &str) reset(); update(str);/* Construct a MD5 object with a file. */MD5:MD5(ifstream &in) reset(); update(in);/* Return the message-digest */const byte* MD5:digest(

26、) if (!_finished) _finished = true; final(); return _digest;/* Reset the calculate state */void MD5:reset() _finished = false; /* reset number of bits. */ _count0 = _count1 = 0; /* Load magic initialization constants. */ _state0 = 0x67452301; _state1 = 0xefcdab89; _state2 = 0x98badcfe; _state3 = 0x1

27、0325476;/* Updating the context with a input buffer. */void MD5:update(const void *input, size_t length) update(const byte*)input, length);/* Updating the context with a string. */void MD5:update(const string &str) update(const byte*)str.c_str(), str.length();/* Updating the context with a file. */v

28、oid MD5:update(ifstream &in) if (!in) return; std:streamsize length; char bufferBUFFER_SIZE; while (!in.eof() in.read(buffer, BUFFER_SIZE); length = in.gcount(); if (length 0) update(buffer, length); in.close();/* MD5 block update operation. Continues an MD5 message-digestoperation, processing anoth

29、er message block, and updating thecontext.*/void MD5:update(const byte *input, size_t length) ulong i, index, partLen; _finished = false; /* Compute number of bytes mod 64 */ index = (ulong)(_count0 3) & 0x3f); /* update number of bits */ if(_count0 += (ulong)length 3) (ulong)length 29); partLen = 64 - index; /* transform as many times as possible. */ if(length = partLen) memcpy(&_bufferindex, input, partLen); transform(_buffer); for (i = partLen; i + 63 length; i += 64) transform(&inp