MD5
md5的全稱是message-digest algorithm 5（信息-摘要算法），在90年代初由mit laboratory for computer science和rsa data security inc的ronald l. rivest開發出來，經md2、md3和md4發展而來。它的作用是讓大容量信息在用數字簽名軟件簽署私人密匙前被"壓縮"成壹種保密的格式（就是把壹個任意長度的字節串變換成壹定長的大整數）。不管是md2、md4還是md5，它們都需要獲得壹個隨機長度的信息並產生壹個128位的信息摘要。雖然這些算法的結構或多或少有些相似，但md2的設計與md4和md5完全不同，那是因為md2是為8位機器做過設計優化的，而md4和md5卻是面向32位的電腦。這三個算法的描述和c語言源代碼在internet rfcs 1321中有詳細的描述（/ 是為了公開征集專門針對MD5的攻擊而設立的，網站於2004年8月17日宣布：“中國研究人員發現了完整MD5算法的碰撞；Wang, Feng, Lai與Yu公布了MD5、MD4、HAVAL-128、RIPEMD-128幾個 Hash函數的碰撞。這是近年來密碼學領域最具實質性的研究進展。使用他們的技術，在數個小時內就可以找到MD5碰撞。……由於這個裏程碑式的發現，MD5CRK項目將在隨後48小時內結束”。
用的是哈希函數,在計算機網絡中應用較多的不可逆加密算法有RSA公司發明的MD5算法和由美國國家技術標準研究所建議的安全散列算法SHA.
算法的應用
MD5的典型應用是對壹段信息（Message）產生信息摘要（Message-Digest），以防止被篡改。比如，在UNIX下有很多軟件在下載的時候都有壹個文件名相同，文件擴展名為.md5的文件，在這個文件中通常只有壹行文本，大致結構如：
MD5 (tanajiya.tar.gz) = 0ca175b9c0f726a831d895e269332461
這就是tanajiya.tar.gz文件的數字簽名。MD5將整個文件當作壹個大文本信息，通過其不可逆的字符串變換算法，產生了這個唯壹的MD5信息摘要。如果在以後傳播這個文件的過程中，無論文件的內容發生了任何形式的改變（包括人為修改或者下載過程中線路不穩定引起的傳輸錯誤等），只要妳對這個文件重新計算MD5時就會發現信息摘要不相同，由此可以確定妳得到的只是壹個不正確的文件。如果再有壹個第三方的認證機構，用MD5還可以防止文件作者的"抵賴"，這就是所謂的數字簽名應用。
MD5還廣泛用於加密和解密技術上。比如在UNIX系統中用戶的密碼就是以MD5（或其它類似的算法）經加密後存儲在文件系統中。當用戶登錄的時候，系統把用戶輸入的密碼計算成MD5值，然後再去和保存在文件系統中的MD5值進行比較，進而確定輸入的密碼是否正確。通過這樣的步驟，系統在並不知道用戶密碼的明碼的情況下就可以確定用戶登錄系統的合法性。這不但可以避免用戶的密碼被具有系統管理員權限的用戶知道，而且還在壹定程度上增加了密碼被破解的難度。
正是因為這個原因，現在被黑客使用最多的壹種破譯密碼的方法就是壹種被稱為"跑字典"的方法。有兩種方法得到字典，壹種是日常搜集的用做密碼的字符串表，另壹種是用排列組合方法生成的，先用MD5程序計算出這些字典項的MD5值，然後再用目標的MD5值在這個字典中檢索。我們假設密碼的最大長度為8位字節（8 Bytes），同時密碼只能是字母和數字，***26+26+10=62個字符，排列組合出的字典的項數則是P(62,1)+P(62,2)….+P(62,8)，那也已經是壹個很天文的數字了，存儲這個字典就需要TB級的磁盤陣列，而且這種方法還有壹個前提，就是能獲得目標賬戶的密碼MD5值的情況下才可以。這種加密技術被廣泛的應用於UNIX系統中，這也是為什麽UNIX系統比壹般操作系統更為堅固壹個重要原因。
算法描述
對MD5算法簡要的敘述可以為：MD5以512位分組來處理輸入的信息，且每壹分組又被劃分為16個32位子分組，經過了壹系列的處理後，算法的輸出由四個32位分組組成，將這四個32位分組級聯後將生成壹個128位散列值。
在MD5算法中，首先需要對信息進行填充，使其字節長度對512求余的結果等於448。因此，信息的字節長度（Bits Length）將被擴展至N*512+448，即N*64+56個字節（Bytes），N為壹個正整數。填充的方法如下，在信息的後面填充壹個1和無數個0，直到滿足上面的條件時才停止用0對信息的填充。然後，在在這個結果後面附加壹個以64位二進制表示的填充前信息長度。經過這兩步的處理，現在的信息字節長度=N*512+448+64=(N+1)*512，即長度恰好是512的整數倍。這樣做的原因是為滿足後面處理中對信息長度的要求。
MD5中有四個32位被稱作鏈接變量（Chaining Variable）的整數參數，他們分別為：A=0x01234567，B=0x89abcdef，C=0xfedcba98，D=0x76543210。
當設置好這四個鏈接變量後，就開始進入算法的四輪循環運算。循環的次數是信息中512位信息分組的數目。
將上面四個鏈接變量復制到另外四個變量中：A到a，B到b，C到c，D到d。
主循環有四輪（MD4只有三輪），每輪循環都很相似。第壹輪進行16次操作。每次操作對a、b、c和d中的其中三個作壹次非線性函數運算，然後將所得結果加上第四個變量，文本的壹個子分組和壹個常數。再將所得結果向右環移壹個不定的數，並加上a、b、c或d中之壹。最後用該結果取代a、b、c或d中之壹。
以壹下是每次操作中用到的四個非線性函數（每輪壹個）。
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))
（&是與，|是或，~是非，^是異或）
這四個函數的說明：如果X、Y和Z的對應位是獨立和均勻的，那麽結果的每壹位也應是獨立和均勻的。
F是壹個逐位運算的函數。即，如果X，那麽Y，否則Z。函數H是逐位奇偶操作符。
具體的壹個MD5實現：
=============================頭文件Security.h===============================================
/*
使用方法：
char Md5Buffer[33];
CSecurity Security;
Security.MD5("a string",Md5Buffer);
執行完成之後Md5Buffer中即存儲了由"a string"計算得到的MD5值
*/
// 下列 ifdef 塊是創建使從 DLL 導出更簡單的
// 宏的標準方法。此 DLL 中的所有文件都是用命令行上定義的 SECURITY_EXPORTS
// 符號編譯的。在使用此 DLL 的
// 任何其他項目上不應定義此符號。這樣，源文件中包含此文件的任何其他項目都會將
// SECURITY_API 函數視為是從此 DLL 導入的，而此 DLL 則將用此宏定義的
// 符號視為是被導出的。
//在使用該類的地方包含本文件即可
#ifdef SECURITY_EXPORTS
#define SECURITY_API __declspec(dllexport)
#else
#define SECURITY_API __declspec(dllimport)
#endif
/* POINTER defines a generic pointer type */
typedef unsigned char *POINTER;
/* UINT2 defines a two byte word */
typedef unsigned short int UINT2;
/* UINT4 defines a four byte word */
typedef unsigned long int UINT4;
#define PROTO_LIST(list) list
/* MD5 context. */
typedef struct _MD5_CTX
{
UINT4 state[4]; /* state (ABCD) */
UINT4 count[2]; /* number of bits, modulo 2^64 (lsb first) */
unsigned char buffer[64]; /* input buffer */
} MD5_CTX;
static unsigned char PADDING[64]= {
0x80, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
};
/* Constants for MD5Transform routine.
*/
#define S11 7
#define S12 12
#define 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)) | ((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) << (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, ac) { (a) += F ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac);(a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); (a) += (b); }
#define GG(a, b, c, d, x, s, ac) { (a) += G ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac); (a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); (a) += (b); }
#define HH(a, b, c, d, x, s, ac) { (a) += H ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac); (a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); (a) += (b); }
#define II(a, b, c, d, x, s, ac) { (a) += I ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac); (a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); (a) += (b); }
#define TEST_BLOCK_LEN 1000
#define TEST_BLOCK_COUNT 1000
// 此類是從 Security.dll 導出的
class SECURITY_API CSecurity
{
public:
CSecurity(void);
void CSecurity::MD5( const char *string ,char *lpMD5StringBuffer ) ;
private:
void MD5Transform PROTO_LIST ((UINT4 [4], unsigned char [64]));
void MD5_memcpy PROTO_LIST ((POINTER, POINTER, size_t));
void MD5_memset PROTO_LIST ((POINTER, int, size_t));
void MD5Init PROTO_LIST ((MD5_CTX *));
void MD5Update PROTO_LIST ((MD5_CTX *, unsigned char *, size_t));
void MD5Final PROTO_LIST ((unsigned char [16], MD5_CTX *));
void MDTimeTrial PROTO_LIST ((void));
void StringAddOne PROTO_LIST ((char *));
void Encode PROTO_LIST ((unsigned char *, UINT4 *, size_t));
void Decode PROTO_LIST ((UINT4 *, unsigned char *, size_t));
};
===============================Security.cpp====================================================
// Security.cpp : 定義 DLL 應用程序的入口點。
//
#include "stdafx.h"
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<math.h>
#include<ctype.h>
#include "Security.h"
BOOL APIENTRY DllMain( HANDLE hModule,
DWORD ul_reason_for_call,
LPVOID lpReserved
)
{
switch (ul_reason_for_call)
{
case DLL_PROCESS_ATTACH:
case DLL_THREAD_ATTACH:
case DLL_THREAD_DETACH:
case DLL_PROCESS_DETACH:
break;
}
return TRUE;
}
// 這是已導出類的構造函數。
// 有關類定義的信息，請參閱 Security.h
CSecurity::CSecurity()
{
return;
}
/*
MD5 initialization. Begins an MD5 operation, writing a new context.
*/
void CSecurity::MD5Init( MD5_CTX *context )
{
context->count[0] = context->count[1] = 0;
/*
Load magic initialization constants.
*/
context->state[0] = 0x67452301;
context->state[1] = 0xefcdab89;
context->state[2] = 0x98badcfe;
context->state[3] = 0x10325476;
}
/*
MD5 block update operation. Continues an MD5 message-digest
operation, processing another message block, and updating the
context.
*/
void CSecurity::MD5Update(
MD5_CTX *context, /* context */
unsigned char *input, /* input block */
size_t inputLen /* length of input block */
)
{
size_t i, index, partLen;
/* Compute number of bytes mod 64 */
index = (size_t)((context->count[0] >> 3) & 0x3F);
/* Update number of bits */
if ((context->count[0] += ((UINT4)inputLen << 3))
< ((UINT4)inputLen << 3))
context->count[1]++;
context->count[1] += ((UINT4)inputLen >> 29);
partLen = 64 - index;
/* Transform as many times as possible. */
if (inputLen >= partLen) {
MD5_memcpy
((POINTER)&context->buffer[index], (POINTER)input, partLen);
MD5Transform (context->state, context->buffer);
for (i = partLen; i + 63 < inputLen; i += 64)
MD5Transform (context->state, &input);
index = 0;
}
else
i = 0;
/* Buffer remaining input */
MD5_memcpy
((POINTER)&context->buffer[index], (POINTER)&input,
inputLen-i);
}
/*
MD5 finalization. Ends an MD5 message-digest operation, writing the
the message digest and zeroizing the context.
*/
void CSecurity::MD5Final(
unsigned char digest[16], /* message digest */
MD5_CTX *context /* context */
)
{
unsigned char bits[8];
size_t index, padLen;
/* Save number of bits */
Encode (bits, context->count, 8);
/* Pad out to 56 mod 64. */
index = (size_t)((context->count[0] >> 3) & 0x3f);
padLen = (index < 56) ? (56 - index) : (120 - index);
MD5Update (context, PADDING, padLen);
/* Append length (before padding) */
MD5Update (context, bits, 8);
/* Store state in digest */
Encode (digest, context->state, 16);
/* Zeroize sensitive information. */
MD5_memset ((POINTER)context, 0, sizeof (*context));
}
/*
MD5 basic transformation. Transforms state based on block.
*/
void CSecurity::MD5Transform(
UINT4 state[4],
unsigned char block[64]
)
{
UINT4 a = state[0], b = state[1], c = state[2], d = state[3], x[16];
Decode (x, block, 64);
/* Round 1 */
FF (a, b, c, d, x[ 0], S11, 0xd76aa478); /* 1 */
FF (d, a, b, c, x[ 1], S12, 0xe8c7b756); /* 2 */
FF (c, d, a, b, x[ 2], S13, 0x242070db); /* 3 */
FF (b, c, d, a, x[ 3], S14, 0xc1bdceee); /* 4 */
FF (a, b, c, d, x[ 4], S11, 0xf57c0faf); /* 5 */
FF (d, a, b, c, x[ 5], S12, 0x4787c62a); /* 6 */
FF (c, d, a, b, x[ 6], S13, 0xa8304613); /* 7 */
FF (b, c, d, a, x[ 7], S14, 0xfd469501); /* 8 */
FF (a, b, c, d, x[ 8], S11, 0x698098d8); /* 9 */
FF (d, a, b, c, x[ 9], S12, 0x8b44f7af); /* 10 */
FF (c, d, a, b, x[10], S13, 0xffff5bb1); /* 11 */
FF (b, c, d, a, x[11], S14, 0x895cd7be); /* 12 */
FF (a, b, c, d, x[12], S11, 0x6b901122); /* 13 */
FF (d, a, b, c, x[13], S12, 0xfd987193); /* 14 */
FF (c, d, a, b, x[14], S13, 0xa679438e); /* 15 */
FF (b, c, d, a, x[15], S14, 0x49b40821); /* 16 */
/* Round 2 */
GG (a, b, c, d, x[ 1], S21, 0xf61e2562); /* 17 */
GG (d, a, b, c, x[ 6], S22, 0xc040b340); /* 18 */
GG (c, d, a, b, x[11], S23, 0x265e5a51); /* 19 */
GG (b, c, d, a, x[ 0], S24, 0xe9b6c7aa); /* 20 */
GG (a, b, c, d, x[ 5], S21, 0xd62f105d); /* 21 */
GG (d, a, b, c, x[10], S22, 0x2441453); /* 22 */
GG (c, d, a, b, x[15], S23, 0xd8a1e681); /* 23 */
GG (b, c, d, a, x[ 4], S24, 0xe7d3fbc8); /* 24 */
GG (a, b, c, d, x[ 9], S21, 0x21e1cde6); /* 25 */
GG (d, a, b, c, x[14], S22, 0xc33707d6); /* 26 */
GG (c, d, a, b, x[ 3], S23, 0xf4d50d87); /* 27 */
GG (b, c, d, a, x[ 8], S24, 0x455a14ed); /* 28 */
GG (a, b, c, d, x[13], S21, 0xa9e3e905); /* 29 */
GG (d, a, b, c, x[ 2], S22, 0xfcefa3f8); /* 30 */
GG (c, d, a, b, x[ 7], S23, 0x676f02d9); /* 31 */
GG (b, c, d, a, x[12], S24, 0x8d2a4c8a); /* 32 */
/* Round 3 */
HH (a, b, c, d, x[ 5], S31, 0xfffa3942); /* 33 */
HH (d, a, b, c, x[ 8], S32, 0x8771f681); /* 34 */
HH (c, d, a, b, x[11], S33, 0x6d9d6122); /* 35 */
HH (b, c, d, a, x[14], S34, 0xfde5380c); /* 36 */
HH (a, b, c, d, x[ 1], S31, 0xa4beea44); /* 37 */
HH (d, a, b, c, x[ 4], S32, 0x4bdecfa9); /* 38 */
HH (c, d, a, b, x[ 7], S33, 0xf6bb4b60); /* 39 */
HH (b, c, d, a, x[10], S34, 0xbebfbc70); /* 40 */
HH (a, b, c, d, x[13], S31, 0x289b7ec6); /* 41 */
HH (d, a, b, c, x[ 0], S32, 0xeaa127fa); /* 42 */
HH (c, d, a, b, x[ 3], S33, 0xd4ef3085); /* 43 */
HH (b, c, d, a, x[ 6], S34, 0x4881d05); /* 44 */
HH (a, b, c, d, x[ 9], S31, 0xd9d4d039); /* 45 */
HH (d, a, b, c, x[12], S32, 0xe6db99e5); /* 46 */
HH (c, d, a, b, x[15], S33, 0x1fa27cf8); /* 47 */
HH (b, c, d, a, x[ 2], S34, 0xc4ac5665); /* 48 */
/* Round 4 */
II (a, b, c, d, x[ 0], S41, 0xf4292244); /* 49 */
II (d, a, b, c, x[ 7], S42, 0x432aff97); /* 50 */
II (c, d, a, b, x[14], S43, 0xab9423a7); /* 51 */
II (b, c, d, a, x[ 5], S44, 0xfc93a039); /* 52 */
II (a, b, c, d, x[12], S41, 0x655b59c3); /* 53 */
II (d, a, b, c, x[ 3], S42, 0x8f0ccc92); /* 54 */
II (c, d, a, b, x[10], S43, 0xffeff47d); /* 55 */
II (b, c, d, a, x[ 1], S44, 0x85845dd1); /* 56 */
II (a, b, c, d, x[ 8], S41, 0x6fa87e4f); /* 57 */
II (d, a, b, c, x[15], S42, 0xfe2ce6e0); /* 58 */
II (c, d, a, b, x[ 6], S43, 0xa3014314); /* 59 */
II (b, c, d, a, x[13], S44, 0x4e0811a1); /* 60 */
II (a, b, c, d, x[ 4], S41, 0xf7537e82); /* 61 */
II (d, a, b, c, x[11], S42, 0xbd3af235); /* 62 */
II (c, d, a, b, x[ 2], S43, 0x2ad7d2bb); /* 63 */
II (b, c, d, a, x[ 9], S44, 0xeb86d391); /* 64 */
state[0] += a;
state[1] += b;
state[2] += c;
state[3] += d;
/* Zeroize sensitive information. */
MD5_memset ((POINTER)x, 0, sizeof (x));
}
/*
Encodes input (UINT4) into output (unsigned char).
Assumes len is a multiple of 4.
*/
void CSecurity::Encode(
unsigned char *output,
UINT4 *input,
size_t len
)
{
size_t i, j;
for (i = 0, j = 0; j < len; i++, j += 4) {
output[j] = (unsigned char)(input & 0xff);
output[j+1] = (unsigned char)((input >> 8) & 0xff);
output[j+2] = (unsigned char)((input >> 16) & 0xff);