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MD5详解

MD5（单向散列算法）的全称是Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法），经MD2、MD3和MD4发展⽽来。MD5算法的使⽤不需要

⽀付任何版权费⽤。

MD5功能：

输⼊任意长度的信息，经过处理，输出为128位的信息（数字指纹）；

不同的输⼊得到的不同的结果（唯⼀性）；

根据128位的输出结果不可能反推出输⼊的信息（不可逆）；

MD5属不属于加密算法：

认为不属于的⼈是因为他们觉得不能从密⽂（散列值）反过来得到原⽂，即没有解密算法，所以这部分⼈认为MD5只能属于算法，不能称为

加密算法；

认为属于的⼈是因为他们觉得经过MD5处理后看不到原⽂，即已经将原⽂加密，所以认为MD5属于加密算法；我个⼈⽀持后者。

MD5⽤途：

1、防⽌被篡改：

1）⽐如发送⼀个电⼦⽂档，发送前，我先得到MD5的输出结果a。然后在对⽅收到电⼦⽂档后，对⽅也得到⼀个MD5的输出结果b。如果a

与b⼀样就代表中途未被篡改。2）⽐如我提供⽂件下载，为了防⽌不法分⼦在安装程序中添加⽊马，我可以在⽹站上公布由安装⽂件得到的

MD5输出结果。3）SVN在检测⽂件是否在CheckOut后被修改过，也是⽤到了MD5.

2、防⽌直接看到明⽂：

现在很多⽹站在数据库存储⽤户的密码的时候都是存储⽤户密码的MD5值。这样就算不法分⼦得到数据库的⽤户密码的MD5值，也⽆法知道

⽤户的密码(其实这样是不安全的，后⾯我会提到)。（⽐如在UNIX系统中⽤户的密码就是以MD5（或其它类似的算法）经加密后存储在⽂件

系统中。当⽤户登录的时候，系统把⽤户输⼊的密码计算成MD5值，然后再去和保存在⽂件系统中的MD5值进⾏⽐较，进⽽确定输⼊的密码

是否正确。通过这样的步骤，系统在并不知道⽤户密码的明码的情况下就可以确定⽤户登录系统的合法性。这不但可以避免⽤户的密码被具

有系统管理员权限的⽤户知道，⽽且还在⼀定程度上增加了密码被破解的难度。）

3、防⽌抵赖（数字签名）：

这需要⼀个第三⽅认证机构。例如A写了⼀个⽂件，认证机构对此⽂件⽤MD5算法产⽣摘要信息并做好记录。若以后A说这⽂件不是他写

的，权威机构只需对此⽂件重新产⽣摘要信息，然后跟记录在册的摘要信息进⾏⽐对，相同的话，就证明是A写的了。这就是所谓的“数字签

名”。

MD5算法过程：

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128位散列值。

第⼀步、填充：如果输⼊信息的长度(bit)对512求余的结果不等于448，就需要填充使得对512求余的结果等于448。填充的⽅法是填充⼀个1

和n个0。填充完后，信息的长度就为N*512+448(bit)；

第⼆步、记录信息长度：⽤64位来存储填充前信息长度。这64位加在第⼀步结果的后⾯，这样信息长度就变为N*512+448+64=(N+1)*512

位。

第三步、装⼊标准的幻数（四个整数）：标准的幻数（物理顺序）是（A=(01234567)16，B=(89ABCDEF)16，C=(FEDCBA98)16，D=

(76543210)16）。

如果在程序中定义应该是（A=0X67452301L，B=0XEFCDAB89L，C=0X98BADCFEL，D=0X10325476L）。有点晕哈，其实想⼀想就明

⽩了。

第四步、四轮循环运算：循环的次数是分组的个数（N+1）

1）将每⼀512字节细分成16个⼩组，每个⼩组32位（4个字节）

2）先认识四个线性函数(&是与,|是或,~是⾮,^是异或)

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))

3）设Mj表⽰消息的第j个⼦分组（从0到15），<<

FF(a,b,c,d,Mj,s,ti)表⽰a=b+((a+F(b,c,d)+Mj+ti)<<

GG(a,b,c,d,Mj,s,ti)表⽰a=b+((a+G(b,c,d)+Mj+ti)<<

HH(a,b,c,d,Mj,s,ti)表⽰a=b+((a+H(b,c,d)+Mj+ti)<<

II(a,b,c,d,Mj,s,ti)表⽰a=b+((a+I(b,c,d)+Mj+ti)<<

4）四轮运算

第⼀轮a=FF(a,b,c,d,M0,7,0xd76aa478)

b=FF(d,a,b,c,M1,12,0xe8c7b756)

c=FF(c,d,a,b,M2,17,0x242070db)

d=FF(b,c,d,a,M3,22,0xc1bdceee)

a=FF(a,b,c,d,M4,7,0xf57c0faf)

b=FF(d,a,b,c,M5,12,0x4787c62a)

c=FF(c,d,a,b,M6,17,0xa8304613)

d=FF(b,c,d,a,M7,22,0xfd469501)

a=FF(a,b,c,d,M8,7,0x698098d8)

b=FF(d,a,b,c,M9,12,0x8b44f7af)

c=FF(c,d,a,b,M10,17,0xffff5bb1)

d=FF(b,c,d,a,M11,22,0x895cd7be)

a=FF(a,b,c,d,M12,7,0x6b901122)

b=FF(d,a,b,c,M13,12,0xfd987193)

c=FF(c,d,a,b,M14,17,0xa679438e)

d=FF(b,c,d,a,M15,22,0x49b40821)

第⼆轮

a=GG(a,b,c,d,M1,5,0xf61e2562)

b=GG(d,a,b,c,M6,9,0xc040b340)

c=GG(c,d,a,b,M11,14,0x265e5a51)

d=GG(b,c,d,a,M0,20,0xe9b6c7aa)

a=GG(a,b,c,d,M5,5,0xd62f105d)

b=GG(d,a,b,c,M10,9,0x02441453)

c=GG(c,d,a,b,M15,14,0xd8a1e681)

d=GG(b,c,d,a,M4,20,0xe7d3fbc8)

a=GG(a,b,c,d,M9,5,0x21e1cde6)

b=GG(d,a,b,c,M14,9,0xc33707d6)

c=GG(c,d,a,b,M3,14,0xf4d50d87)

d=GG(b,c,d,a,M8,20,0x455a14ed)

a=GG(a,b,c,d,M13,5,0xa9e3e905)

b=GG(d,a,b,c,M2,9,0xfcefa3f8)

c=GG(c,d,a,b,M7,14,0x676f02d9)

d=GG(b,c,d,a,M12,20,0x8d2a4c8a)

第三轮

a=HH(a,b,c,d,M5,4,0xfffa3942)

b=HH(d,a,b,c,M8,11,0x8771f681)

c=HH(c,d,a,b,M11,16,0x6d9d6122)

d=HH(b,c,d,a,M14,23,0xfde5380c)

a=HH(a,b,c,d,M1,4,0xa4beea44)

b=HH(d,a,b,c,M4,11,0x4bdecfa9)

c=HH(c,d,a,b,M7,16,0xf6bb4b60)

d=HH(b,c,d,a,M10,23,0xbebfbc70)

a=HH(a,b,c,d,M13,4,0x289b7ec6)

b=HH(d,a,b,c,M0,11,0xeaa127fa)

c=HH(c,d,a,b,M3,16,0xd4ef3085)

d=HH(b,c,d,a,M6,23,0x04881d05)

a=HH(a,b,c,d,M9,4,0xd9d4d039)

b=HH(d,a,b,c,M12,11,0xe6db99e5)

c=HH(c,d,a,b,M15,16,0x1fa27cf8)

d=HH(b,c,d,a,M2,23,0xc4ac5665)

第四轮

a=II(a,b,c,d,M0,6,0xf4292244)

b=II(d,a,b,c,M7,10,0x432aff97)

c=II(c,d,a,b,M14,15,0xab9423a7)

d=II(b,c,d,a,M5,21,0xfc93a039)

a=II(a,b,c,d,M12,6,0x655b59c3)

b=II(d,a,b,c,M3,10,0x8f0ccc92)

c=II(c,d,a,b,M10,15,0xffeff47d)

d=II(b,c,d,a,M1,21,0x85845dd1)

a=II(a,b,c,d,M8,6,0x6fa87e4f)

b=II(d,a,b,c,M15,10,0xfe2ce6e0)

c=II(c,d,a,b,M6,15,0xa3014314)

d=II(b,c,d,a,M13,21,0x4e0811a1)

a=II(a,b,c,d,M4,6,0xf7537e82)

b=II(d,a,b,c,M11,10,0xbd3af235)c=II(c,d,a,b,M2,15,0x2ad7d2bb)

d=II(b,c,d,a,M9,21,0xeb86d391)

5）每轮循环后，将A，B，C，D分别加上a，b，c，d，然后进⼊下⼀循环。

⽹络上找的标准MD5算法(c语⾔版):

#include

#include

//! 定义MD5状态数据结构类型

typedef struct{

unsigned long int state[4]; // 初始链接变量;保存16字节摘要

unsigned long int count[2]; // 明⽂位数

unsigned char PADDING[64]; // 填充位，最⼤64*8位

unsigned char buffer[64]; // 输⼊缓冲

}MD5_State;

//! MD5转换常量

#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 基本MD5函数

#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)))

//! 将x循环左移n位

#define ROTATE_LEFT(x, n) (((x) << (n)) | ((x) >> (32-(n))))

//! 4轮运算中FF(第1轮), GG(第2轮), HH(第3轮), and II(第4轮)转换

#define FF(a, b, c, d, x, s, ac) { \

(a) += F ((b), (c), (d)) + (x) + (unsigned long int)(ac); \

(a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); \

(a) += (b); \

}

#define GG(a, b, c, d, x, s, ac) { \

(a) += G ((b), (c), (d)) + (x) + (unsigned long int)(ac); \

(a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); \

(a) += (b); \

}

#define HH(a, b, c, d, x, s, ac) { \

(a) += H ((b), (c), (d)) + (x) + (unsigned long int)(ac); \

(a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); \

(a) += (b); \

}

#define II(a, b, c, d, x, s, ac) { \

(a) += I ((b), (c), (d)) + (x) + (unsigned long int)(ac); \

(a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); \

(a) += (b); \

}

/******************************************************************************/

// 名称：MD5_memcpy

// 功能：输⼊输出字节拷贝

// 参数：output: 指向unsigned char类型输出缓冲区

// input: 指向unsigned char类型输⼊缓冲区

// len: 输⼊数据长度(字节)

// 返回：⽆