MD5算法.docx

1、MD5算法MD5算法在一些初始化处理后，MD5以512位分组来处理输入文本，每一分组又划分为16个32位子分组。算法的输出由四个32位分组组成，将它们级联形成一个128位散列值。首先填充消息使其长度恰好为一个比512位的倍数仅小64位的数。填充方法是附一个1在消息后面，后接所要求的多个0，然后在其后附上64位的消息长度（填充前）。这两步的作用是使消息长度恰好是512位的整数倍（算法的其余部分要求如此），同时确保不同的消息在填充后不相同。四个32位变量初始化为：A=0x01234567B=0x89abcdefC=0xfedcba98D=0x76543210它们称为链接变量（chaining va

2、riable）接着进行算法的主循环，循环的次数是消息中512位消息分组的数目。将上面四个变量复制到别外的变量中：A到a，B到b，C到c，D到d。主循环有四轮（MD4只有三轮），每轮很相拟。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。再将所得结果向右环移一个不定的数，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。以一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

3、)=Y(X|(Z)(&是与,|是或,是非,是异或)这些函数是这样设计的：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。函数F是按逐位方式操作：如果X，那么Y，否则Z。函数H是逐位奇偶操作符。设Mj表示消息的第j个子分组（从0到15），s表示循环左移s位，则四种操作为：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)II(a,b,c,d,Mj,

4、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,M1,12,0xe8c7b756)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

5、,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,M0,20,0x

6、e9b6c7aa)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

7、,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)

8、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

9、,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

10、,a,b,M2,15,0x2ad7d2bb)II(b,c,d,a,M9,21,0xeb86d391)常数ti可以如下选择：在第i步中，ti是4294967296*abs(sin(i)的整数部分,i的单位是弧度。(2的32次方)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。 MD5的安全性MD5相对MD4所作的改进：1.增加了第四轮.2.每一步均有唯一的加法常数.3.为减弱第二轮中函数G的对称性从(X&Y)|(X&Z)|(Y&Z)变为(X&Z)|(Y&(Z)4.第一步加上了上一步的结果,这将引起更快的雪崩效应.5.改变

11、了第二轮和第三轮中访问消息子分组的次序,使其更不相似.6.近似优化了每一轮中的循环左移位移量以实现更快的雪崩效应.各轮的位移量互不相同.转载MD5算法之C#程序 MD5算法描述 MD5算法描述作者：rufi 2004.06.22当我要写一个MD5算法的程序时，发现中英文的语言描述都有一些不确切的地方，某些个细节讲得不清楚，或者说很费解。最后不得不拿出C语言的源程序来调试，这对于理解算法是很不利的。于是就总结了一下我摸索到的一些要点。1.来历MD5的全称是message-digest algorithm 5(信息-摘要算法，在90年代初由mit laboratory for computer s

12、cience和rsa data security inc的ronald l. rivest开发出来，经md2、md3和md4发展而来。http:/www.ietf.org/rfc/rfc1321.txt，是一份最权威的文档，由ronald l. rivest在1992年8月向ieft提交。2.用途MD5的作用是对一段信息(message)生成信息摘要(message-digest)，该摘要对该信息具有唯一性,可以作为数字签名。用于验证文件的有效性(是否有丢失或损坏的数据),对用户密码的加密，在哈希函数中计算散列值。3.特点输入一个任意长度的字节串，生成一个128位的整数。由于算法的某些不可逆特

13、征，在加密应用上有较好的安全性。并且，MD5算法的使用不需要支付任何版权费用。 4.说明唯一性和不可逆性都不是绝对的，从理论上分析是一种多对一的关系，但两个不同的信息产生相同摘要的概率很小。不可逆是指从输出反推输入所需的运算量和计算时间太大，使用穷搜字典的方法又需要太多的存储空间。5.算法描述算法输入是一个字节串，每个字节是8个bit. 算法的执行分为以下几个步骤：第一步，补位：MD5算法先对输入的数据进行补位，使得数据的长度(以byte为单位)对64求余的结果是56。即数据扩展至LEN=K*64+56个字节，K为整数。补位方法：补一个1，然后补0至满足上述要求。相当于补一个0x80的字节，再

14、补值为0的字节。这一步里总共补充的字节数为063个。第二步，附加数据长度：用一个64位的整数表示数据的原始长度(以bit为单位)，将这个数字的8个字节按低位的在前，高位在后的顺序附加在补位后的数据后面。这时，数据被填补后的总长度为： LEN = K*64+56+8=(K+1)*64 Bytes。注意那个64位整数是输入数据的原始长度而不是填充字节后的长度,我就在这里栽了跟头.第三步，初始化MD5参数：有四个32位整数变量 (A,B,C,D) 用来计算信息摘要，每一个变量被初始化成以下以十六进制数表示的数值，低位的字节在前面。 word A: 01 23 45 67 word B: 89 ab

15、cd ef word C: fe dc ba 98 word D: 76 54 32 10注意低位的字节在前面指的是Little Endian平台上内存中字节的排列方式，而在程序中书写时，要写成： A=0x67452301 B=0xefcdab89 C=0x98badcfe D=0x10325476第四步，定义四个MD5基本的按位操作函数： X，Y，Z为32位整数。 F(X,Y,Z) = (X and Y) or (not(X) and Z) G(X,Y,Z) = (X and Z) or (Y and not(Z) H(X,Y,Z) = X xor Y xor Z I(X,Y,Z) = Y

16、xor (X or not(Z) 再定义四个分别用于四轮变换的函数。设Mj表示消息的第j个子分组（从0到15），s表示循环左移s位，则四种操作为： 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) II(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+(a+(I(b,c,d)+Mj+ti)s)第五步，对输入数据作变换。处理数据，N是总的字节数，以64个字节为一组，每组作

17、一次循环，每次循环进行四轮操作。要变换的64个字节用16个32位的整数数组M0 .15表示。而数组T1 . 64表示一组常数， Ti为4294967296*abs(sin(i)的32位整数部分，i的单位是弧度,i的取值从1到64。具体过程如下： /* 设置主循环变量 */For i = 0 to N/16-1 do /*每循环一次，把数据原文存放在16个元素的数组X中. */For j = 0 to 15 doSet Xj to Mi*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 = ABB = BCC

18、 = CDD = D /* 第1轮*/* 以 abcd k s i表示如下操作a = b + (a + F(b,c,d) + Xk + Ti) s). */* Do the following 16 operations. */ABCD 0 7 1 DABC 1 12 2 CDAB 2 17 3 BCDA 3 22 4ABCD 4 7 5 DABC 5 12 6 CDAB 6 17 7 BCDA 7 22 8ABCD 8 7 9 DABC 9 12 10 CDAB 10 17 11 BCDA 11 22 12ABCD 12 7 13 DABC 13 12 14 CDAB 14 17 15 BC

19、DA 15 22 16/* 第2轮* */* 以 abcd k s i表示如下操作a = b + (a + G(b,c,d) + Xk + Ti) s). */* Do the following 16 operations. */ABCD 1 5 17 DABC 6 9 18 CDAB 11 14 19 BCDA 0 20 20ABCD 5 5 21 DABC 10 9 22 CDAB 15 14 23 BCDA 4 20 24ABCD 9 5 25 DABC 14 9 26 CDAB 3 14 27 BCDA 8 20 28ABCD 13 5 29 DABC 2 9 30 CDAB 7 1

20、4 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) + Xk + Ti) s). */* Do the following 16 operations. */ABCD 5 4 33 DABC 8 11 34 CDAB 11 16 35 BCDA 14 23 36ABCD 1 4 37 DABC 4 11 38 CDAB 7 16 39 BCDA 10 23 40ABCD 13 4 41 DABC 0 11 42 CDAB 3 16 43 BCDA 6 23 44ABCD 9 4 45 DABC 12 11 46

21、 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) + Xk + Ti) s). */* Do the following 16 operations. */ABCD 0 6 49 DABC 7 10 50 CDAB 14 15 51 BCDA 5 21 52ABCD 12 6 53 DABC 3 10 54 CDAB 10 15 55 BCDA 1 21 56ABCD 8 6 57 DABC 15 10 58 CDAB 6 15 59 BCDA 13 21 60ABCD 4 6 61 DAB

22、C 11 10 62 CDAB 2 15 63 BCDA 9 21 64/* 然后进行如下操作 */A = A + AAB = B + BBC = C + CCD = D + DD Next i /* 结束对I的循环*/第六步，输出结果。A，B，C，D连续存放，共16个字节，128位。按十六进制依次输出这个16个字节。最后，用程序语言实现算法后，可以输入以下几个信息对程序作一个简单的测试，看看程序有没有错误。MD5 () = d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD5 (a) = 0cc175b9c0f1b6a831c399e269772661MD5 (abc) =

23、 900150983cd24fb0d6963f7d28e17f72MD5 (message digest) = f96b697d7cb7938d525a2f31aaf161d0MD5 (abcdefghijklmnopqrstuvwxyz) = c3fcd3d76192e4007dfb496cca67e13bMD5 (ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789) =d174ab98d277d9f5a5611c2c9f419d9f MD5 (1234567890123456789012345678901234567

24、8901234567890123456789012345678901234567890) = 57edf4a22be3c955ac49da2e2107b67aMD5算法之C#程序MD5算法比较特别，最适合用汇编语言来写，好多高级语言对之无能无力或效率极低。比如我最开始尝试用Python和Euphoria编写，发现不太容易。相比而言，C#作为C家簇中新兴的一门.net语言，功能比较全面。花了一晚上的工夫终于用C#最先实现了MD5。主要是由于对算法的一些细节不太注意，结果输出总是不对，调试了好长时间。code/源文件：md5.cs/ MD5 Alogrithm/ by rufi 2004.6.20

25、 using System;using System.Collections;using System.IO;public class MD5 /static state variables private static UInt32 A; private static UInt32 B; private static UInt32 C; private static UInt32 D; /number of bits to rotate in tranforming private const int S11 = 7; private const int S12 = 12; private

26、const int S13 = 17; private const int S14 = 22; private const int S21 = 5; private const int S22 = 9; private const int S23 = 14; private const int S24 = 20; private const int S31 = 4; private const int S32 = 11; private const int S33 = 16; private const int S34 = 23; private const int S41 = 6; priv

27、ate const int S42 = 10; private const int S43 = 15; private const int S44 = 21; /* F, G, H and I are basic MD5 functions. * 四个非线性函数: * * F(X,Y,Z) =(X&Y)|(X)&Z) * G(X,Y,Z) =(X&Z)|(Y&(Z) * H(X,Y,Z) =XYZ * I(X,Y,Z)=Y(X|(Z) * * （&与，|或，非，异或） */ private static UInt32 F(UInt32 x,UInt32 y,UInt32 z) return (

28、x&y)|(x)&z); private static UInt32 G(UInt32 x,UInt32 y,UInt32 z) return (x&z)|(y&(z); private static UInt32 H(UInt32 x,UInt32 y,UInt32 z) return xyz; private static UInt32 I(UInt32 x,UInt32 y,UInt32 z) return y(x|(z); /* FF, GG, HH, and II transformations for rounds 1, 2, 3, and 4. * Rotation is sep

29、arate from addition to prevent recomputation. */ private static void FF(ref UInt32 a,UInt32 b,UInt32 c,UInt32 d,UInt32 mj,int s,UInt32 ti) a = a + F(b,c,d) + mj + ti; a = a (32-s); a += b; private static void GG(ref UInt32 a,UInt32 b,UInt32 c,UInt32 d,UInt32 mj,int s,UInt32 ti) a = a + G(b,c,d) + mj + ti; a = a (32-s); a += b; private static void HH(ref UInt3