MD5加密算法总结

最新推荐文章于 2025-06-07 13:17:40 发布

IT5555

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分类专栏： java 文章标签：算法加密 byte c input string

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/IT5555/article/details/1775269

MD5是一种信息摘要算法，用于将任意长度的信息转换为固定长度的128位散列值。算法特点包括：1）不同信息摘要后结果不同；2）不可逆；3）广泛应用于数字签名、加密等领域。MD5主要分为四轮循环，每轮16次操作，包括四个非线性函数F、G、H、I。在Java中，可以通过MessageDigest类的getInstance("MD5")获取MD5实例并计算摘要。

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                                                  MD5加密算法总结
                                                        (一)概述
     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 science和rsa data security inc的ronald l. rivest开发出来，经md2、md3和md4发展而来。它的作用是把大容量信息在用MD5算法“摘要”后变换成一个定长的128bit的二进制的大整数。

     MD5的特点：
   1，无论被加密的信息串有多长，加密(摘要)后均为128bit。
   2，MD5算法能保证不同信息串加密(摘要)后产生的大整数不一样，即不会产生冲突。
   3，MD5为单向加密，即加密(摘要)后,不能由大整数经算法推导出原始信息串。

   基于以上特点，MD5算法是安全的。

   MD5的应用：

   1，数字签名
      例如，现有一文件需要在网络上传输，MD5将整个文件当作一个大文本信息，通过其不可逆的字符串变换算法，产生了这个唯一的MD5信息摘要。如果在以后传播这个文件的过程中，无论文件的内容发生了任何形式的改变（包括人为修改或者下载过程中线路不稳定引起的传输错误等），只要你对这个文件重新计算MD5时就会发现信息摘要不相同，由此可以确定你得到的只是一个不正确的文件。如果再有一个第三方的认证机构，用MD5还可以防止文件作者的"抵赖"，这就是所谓的数字签名应用。

2，加密
例如，在数据库中，为了提高安全性，重要信息(比如用户登录密码)均可用MD5加密，这样即使数据库管理员看到的也只是密码经 MD5加密后的128的大整数，无法得到用户密码。黑客储心积虑攻破数据库后，也还是无法得到用户密码。

又比如，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。

         正是因为这个原因，现在被黑客使用最多的一种破译密码的方法就是一种被称为"跑字典"的方法。有两种方法得到字典，一种是日常搜集的用做密码的字符串表，另一种是用排列组合方法生成的，先用MD5程序计算出这些字典项的MD5值，然后再用目标的MD5值在这个字典中检索。我们假设密码的最大长度为8位字节（8 Bytes），同时密码只能是字母和数字，共26+26+10=62个字符，排列组合出的字典的项数则是 P(62,1)+P(62,2)….+P(62,8)，那也已经是一个很天文的数字了，存储这个字典就需要TB级的磁盘阵列，而且这种方法还有一个前提，就是获得目标账户的密码MD5值的情况下才可以。



                                         (二)MD5算法描述及参考源码 (java)

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。

　　在MD5算法中，首先需要对信息进行填充，使其字节长度对512求余的结果等于448。因此，信息的字节长度（Bits Length）将被扩展至N*512+448，即N*64+56个字节（Bytes），N为一个正整数。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，现在的信息字节长度=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。

　　MD5中有四个32位被称作链接变量（Chaining Variable）的整数参数，他们分别为：A=0x01234567，B=0x89abcdef，C=0xfedcba98，D=0x76543210。

　　当设置好这四个链接变量后，就开始进入算法的四轮循环运算。循环的次数是信息中512位信息分组的数目。

　　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。

　　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) =X^Y^Z
　　　I(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），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)
　　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,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,M0,20,0xe9b6c7aa)
　　　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(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,M8,11,0x8771f681)
　　　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)
　　　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,M5,21,0xfc93a039)
　　　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