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MD5是如何編譯的?

MD5簡介

MD5的全稱是Message-Digest Algorithm 5,在90年代初由MIT的計算機科學實驗室和RSA Data Security Inc發明,經MD2、MD3和MD4發展而來。

Message-Digest泛指字節串(Message)的Hash變換,就是把壹個任意長度的字節串變換成壹定長的大整數。請註意我使用了“字節串”而不是“字符串”這個詞,是因為這種變換只與字節的值有關,與字符集或編碼方式無關。

MD5將任意長度的“字節串”變換成壹個128bit的大整數,並且它是壹個不可逆的字符串變換算法,換句話說就是,即使妳看到源程序和算法描述,也無法將壹個MD5的值變換回原始的字符串,從數學原理上說,是因為原始的字符串有無窮多個,這有點象不存在反函數的數學函數。

MD5的典型應用是對壹段Message(字節串)產生fingerprint(指紋),以防止被“篡改”。舉個例子,妳將壹段話寫在壹個叫readme.txt文件中,並對這個readme.txt產生壹個MD5的值並記錄在案,然後妳可以傳播這個文件給別人,別人如果修改了文件中的任何內容,妳對這個文件重新計算MD5時就會發現。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,在很多操作系統中,用戶的密碼是以MD5值(或類似的其它算法)的方式保存的,用戶Login的時候,系統是把用戶輸入的密碼計算成MD5值,然後再去和系統中保存的MD5值進行比較,而系統並不“知道”用戶的密碼是什麽。

壹些黑客破獲這種密碼的方法是壹種被稱為“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。

即使假設密碼的最大長度為8,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級的磁盤組,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。

在很多電子商務和社區應用中,管理用戶的Account是壹種最常用的基本功能,盡管很多Application Server提供了這些基本組件,但很多應用開發者為了管理的更大的靈活性還是喜歡采用關系數據庫來管理用戶,懶惰的做法是用戶的密碼往往使用明文或簡單的變換後直接保存在數據庫中,因此這些用戶的密碼對軟件開發者或系統管理員來說可以說毫無保密可言,本文的目的是介紹MD5的Java Bean的實現,同時給出用MD5來處理用戶的Account密碼的例子,這種方法使得管理員和程序設計者都無法看到用戶的密碼,盡管他們可以初始化它們。但重要的壹點是對於用戶密碼設置習慣的保護。

有興趣的讀者可以從這裏取得MD5也就是RFC 1321的文本。 .ibm.com/developerWorks/java/jw-tips/tip106/index.shtml

這裏講述了把測試和示例代碼放在壹個內部靜態類的好處,是壹種不錯的工程化技巧和途徑。

把Java Bean裝到JSP裏

正如我們在本文開頭講述的那樣,我們對這個MD5 Bean的應用是基於壹個用戶管理,這裏我們假設了壹個虛擬社區的用戶login過程,用戶的信息保存在數據庫的個名為users的表中。這個表有兩個字段和我們的這個例子有關,userid :char(20)和pwdmd5 :char(32),userid是這個表的Primary Key,pwdmd5保存密碼的MD5串,MD5值是壹個128bit的大整數,表示成16進制的ASCII需要32個字符。

這裏給出兩個文件,login.html是用來接受用戶輸入的form,login.jsp用來模擬使用MD5 Bean的login過程。

為了使我們的測試環境簡單起見,我們在JSP中使用了JDK內置的JDBC-ODBC Bridge Driver,community是ODBC的DSN的名字,如果妳使用其它的JDBC Driver,替換掉login.jsp中的

Connection con= DriverManager.getConnection("jdbc:odbc:community", "", "");

即可。

login.jsp的工作原理很簡單,通過post接收用戶輸入的UserID和Password,然後將Password變換成MD5串,然後在users表中尋找UserID和pwdmd5,因為UserID是users表的Primary Key,如果變換後的pwdmd5與表中的記錄不符,那麽SQL查詢會得到壹個空的結果集。

這裏需要簡單介紹的是,使用這個Bean只需要在妳的JSP應用程序的WEB-INF/classes下建立壹個beartool目錄,然後將MD5.class拷貝到那個目錄下就可以了。如果妳使用壹些集成開發環境,請參考它們的deploy工具的說明。在JSP使用壹個java Bean關鍵的壹句聲明是程序中的第2行:

<jsp:useBean id='oMD5' scope='request' class='beartool.MD5'/>

這是所有JSP規範要求JSP容器開發者必須提供的標準Tag。

id=實際上是指示JSP Container創建Bean的實例時用的實例變量名。在後面的<%和%>之間的Java程序中,妳可以引用它。在程序中可以看到,通過 pwdmd5=oMD5.getMD5ofStr (password)引用了我們的MD5 Java Bean提供的唯壹壹個公***方法: getMD5ofStr。

Java Application Server執行.JSP的過程是先把它預編譯成.java(那些Tag在預編譯時會成為java語句),然後再編譯成.class。這些都是系統自動完成和維護的,那個.class也稱為Servlet。當然,如果妳願意,妳也可以幫助Java Application Server去幹本該它幹的事情,自己直接去寫Servlet,但用Servlet去輸出HTML那簡直是回到了用C寫CGI程序的惡夢時代。

如果妳的輸出是壹個復雜的表格,比較方便的方法我想還是用壹個妳所熟悉的HTML編輯器編寫壹個“模板”,然後在把JSP代碼“嵌入”進去。盡管這種JSP代碼被有些專家指責為“空心粉”,它的確有個缺點是代碼比較難管理和重復使用,但是程序設計永遠需要的就是這樣的權衡。我個人認為,對於中、小型項目,比較理想的結構是把數據表示(或不嚴格地稱作WEB界面相關)的部分用JSP寫,和界面不相關的放在Bean裏面,壹般情況下是不需要直接寫Servlet的。

如果妳覺得這種方法不是非常的OO(Object Oriented),妳可以繼承(extends)它壹把,再寫壹個bean把用戶管理的功能包進去。

到底能不能兼容?

我測試了三種Java應用服務器環境,Resin 1.2.3、Sun J2EE 1.2、IBM WebSphere 3.5,所幸的是這個Java Bean都沒有任何問題,原因其實是因為它僅僅是個計算程序,不涉及操作系統,I/O設備。其實用其它語言也能簡單地實現它的兼容性的,Java的唯壹優點是,妳只需提供壹個形態的運行碼就可以了。請註意“形態”二字,現在很多計算結構和操作系統除了語言本身之外都定義了大量的代碼形態,很簡單的壹段C語言核心代碼,轉換成不同形態要考慮很多問題,使用很多工具,同時受很多限制,有時候學習壹種新的“形態”所花費的精力可能比解決問題本身還多。比如光Windows就有EXE、Service、的普通DLL、COM DLL以前還有OCX等等等等,在Unix上雖說要簡單壹些,但要也要提供壹個.h定義壹大堆宏,還要考慮不同平臺編譯器版本的位長度問題。我想這是Java對我來說的壹個非常重要的魅力吧。

MD5算法說明

壹、補位

二、補數據長度

三、初始化MD5參數

四、處理位操作函數

五、主要變換過程

六、輸出結果

補位:

MD5算法先對輸入的數據進行補位,使得數據位長度LEN對512求余的結果是448。即數據擴展至K*512+448位。即K*64+56個字節,K為整數。

具體補位操作:補壹個1,然後補0至滿足上述要求。

補數據長度:

用壹個64位的數字表示數據的原始長度B,把B用兩個32位數表示。這時,數

據就被填補成長度為512位的倍數。

初始化MD5參數:

四個32位整數 (A,B,C,D) 用來計算信息摘要,初始化使用的是十六進制表

示的數字

A=0X01234567

B=0X89abcdef

C=0Xfedcba98

D=0X76543210

處理位操作函數:

X,Y,Z為32位整數。

F(X,Y,Z) = X&Y|NOT(X)&Z

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

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

I(X,Y,Z) = Y xor (X|not(Z))

主要變換過程:

使用常數組T[1 ... 64], T[i]為32位整數用16進制表示,數據用16個32位

的整數數組M[]表示。

具體過程如下:

/* 處理數據原文 */

For i = 0 to N/16-1 do

/*每壹次,把數據原文存放在16個元素的數組X中. */

For j = 0 to 15 do

Set X[j] to M[i*16+j].

end /結束對J的循環

/* Save A as AA, B as BB, C as CC, and D as DD.

*/

AA = A

BB = B

CC = C

DD = D

/* 第1輪*/

/* 以 [abcd k s i]表示如下操作

a = b + ((a + F(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). */

/* Do the following 16 operations. */

[ABCD 0 7 1] [DABC 1 12 2] [CDAB 2 17 3] [BCDA 3

22 4]

[ABCD 4 7 5] [DABC 5 12 6] [CDAB 6 17 7] [BCDA 7

22 8]

[ABCD 8 7 9] [DABC 9 12 10] [CDAB 10 17 11] [BCDA

11 22 12]

[ABCD 12 7 13] [DABC 13 12 14] [CDAB 14 17 15]

[BCDA 15 22 16]

/* 第2輪* */

/* 以 [abcd k s i]表示如下操作

a = b + ((a + G(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). */

/* Do the following 16 operations. */

[ABCD 1 5 17] [DABC 6 9 18] [CDAB 11 14 19] [BCDA

0 20 20]

[ABCD 5 5 21] [DABC 10 9 22] [CDAB 15 14 23]

[BCDA 4 20 24]

[ABCD 9 5 25] [DABC 14 9 26] [CDAB 3 14 27] [BCDA

8 20 28]

[ABCD 13 5 29] [DABC 2 9 30] [CDAB 7 14 31] [BCDA

12 20 32]

/* 第3輪*/

/* 以 [abcd k s i]表示如下操作

a = b + ((a + H(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). */

/* Do the following 16 operations. */

[ABCD 5 4 33] [DABC 8 11 34] [CDAB 11 16 35]

[BCDA 14 23 36]

[ABCD 1 4 37] [DABC 4 11 38] [CDAB 7 16 39] [BCDA

10 23 40]

[ABCD 13 4 41] [DABC 0 11 42] [CDAB 3 16 43]

[BCDA 6 23 44]

[ABCD 9 4 45] [DABC 12 11 46] [CDAB 15 16 47]

[BCDA 2 23 48]

/* 第4輪*/

/* 以 [abcd k s i]表示如下操作

a = b + ((a + I(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). */

/* Do the following 16 operations. */

[ABCD 0 6 49] [DABC 7 10 50] [CDAB 14 15 51]

[BCDA 5 21 52]

[ABCD 12 6 53] [DABC 3 10 54] [CDAB 10 15 55]

[BCDA 1 21 56]

[ABCD 8 6 57] [DABC 15 10 58] [CDAB 6 15 59]

[BCDA 13 21 60]

[ABCD 4 6 61] [DABC 11 10 62] [CDAB 2 15 63]

[BCDA 9 21 64]

/* 然後進行如下操作 */

A = A + AA

B = B + BB

C = C + CC

D = D + DD

end /* 結束對I的循環*/

輸出結果。

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