C++ MD5

已于 2023-03-21 14:20:04 修改
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分类专栏： C/C++ 文章标签： C++ 算法
于 2017-11-11 20:55:39 首次发布
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MD5是一种摘要算法，通过压缩+加密+hash的算法是绝对不可逆的。网上有很多人都写了，我也参考了MD5的基本规则写的。这个算法从数学角度上来说，主要是需要证明唯一性，但凭我等的能力想要做这种证明是不太现实的。因为我实在没办法去证明通过一系列的运算，累加a,b,c,d还能够有唯一性，因为就逆向去看加法，那是有无数解的，MD5也只能说在概率上是不会重复的吧。所以说那个幻数，还有里面的那些数据，是不能轻易改的吧，稍微量变，加法可能就会发生质变，导致多种映射指向到同一结果。不过就hash来说，512位 64个字节，通过一系列运算使得有大于64^256种唯一映射还是有可能去证明的。我自己重新写了下MD5算法，写得逻辑更清晰，看着很舒服的。

两个工具方法：

uchar* longTouchar(long n)
{
	uchar* b = new uchar[4];
	for (int i = 3; i >= 0; --i)
	{
		b[i] = n >> i * 8;
	}
	return b;
}

std::string getHexStr(uchar* val, int length)
{
	std::stringstream ss;
	char characterArray[] = { '0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','a','b','c','d','e','f' };
	for (int i = 0; i<length; ++i)
	{
		ss << characterArray[val[i] / 16] << characterArray[val[i] % 16];;
	}
	return ss.str();
}


md5.h

#pragma once
#include <string>
#include <sstream>

#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

uchar* longTouchar(long n);
std::string getHexStr(uchar* val, int length);

class md5
{
	const uint A = 0x67452301L;
	const uint B = 0xEFCDAB89L;
	const uint C = 0x98badcfe;
	const uint D = 0x10325476;

	uint F(uint x, uint y, uint z);
	uint G(uint x, uint y, uint z);
	uint H(uint x, uint y, uint z);
	uint I(uint x, uint y, uint z);


	void FF(uint& a, uint b, uint c, uint d, uint src, uint s, uint m);
	void GG(uint& a, uint b, uint c, uint d, uint src, uint s, uint m);
	void HH(uint& a, uint b, uint c, uint d, uint src, uint s, uint m);
	void II(uint& a, uint b, uint c, uint d, uint src, uint s, uint m);

	uint LeftMoveLoop(uint n, uint s);
	uchar* buf;
	uint virtualVals[4];
	void Process();
	uint* spTouintArray();
	uint offset;
	uint totalLen;

public:
	md5(uint totalLen);
	uchar* getResult();
	void update(uchar* str, int size, bool isEnd);
};

#include "md5.h"

uchar* longTouchar(long n)
{
	uchar* b = new uchar[4];
	for (int i = 3; i >= 0; --i)
	{
		b[i] = n >> i * 8;
	}
	return b;
}

std::string getHexStr(uchar* val, int length)
{
	std::stringstream ss;
	char characterArray[] = { '0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','a','b','c','d','e','f' };
	for (int i = 0; i < length; ++i)
	{
		ss << characterArray[val[i] / 16] << characterArray[val[i] % 16];;
	}
	return ss.str();
}

uint md5::F(uint x, uint y, uint z)
{
	return (x & y) | ((~x) & z);
}

uint md5::G(uint x, uint y, uint z)
{
	return (x & z) | (y & (~z));
}

uint md5::H(uint x, uint y, uint z)
{
	return x ^ y ^ z;
}

uint md5::I(uint x, uint y, uint z)
{
	return y ^ (x | (~z));
}

void md5::FF(uint& a, uint b, uint c, uint d, uint src, uint s, uint m)
{
	a = b + LeftMoveLoop(a + F(b, c, d) + src + m, s);
}

void md5::GG(uint& a, uint b, uint c, uint d, uint src, uint s, uint m)
{
	a = b + LeftMoveLoop(a + G(b, c, d) + src + m, s);
}

void md5::HH(uint& a, uint b, uint c, uint d, uint src, uint s, uint m)
{
	a = b + LeftMoveLoop(a + H(b, c, d) + src + m, s);
}

void md5::II(uint& a, uint b, uint c, uint d, uint src, uint s, uint m)
{
	a = b + LeftMoveLoop(a + I(b, c, d) + src + m, s);
}


uint md5::LeftMoveLoop(uint n, uint s)
{
	return (n << s) | (n >> (32 - s));
}


unsigned* md5::spTouintArray()
{
	uint* a = new uint[16];
	for (int i = 0; i < 16; ++i)
	{
		uint a1 = buf[i * 4];
		uint a2 = buf[i * 4 + 1];
		uint a3 = buf[i * 4 + 2];
		uint a4 = buf[i * 4 + 3];
		a[i] = a1 | a2 << 8 | a3 << 16 | a4 << 24;
	}
	return a;
}

void md5::Process()
{
	uint a = virtualVals[0], b = virtualVals[1], c = virtualVals[2], d = virtualVals[3];
	uint* M = spTouintArray();

	FF(a, b, c, d, M[0], 7, 0xd76aa478);
	FF(d, a, b, c, M[1], 12, 0xe8c7b756);
	FF(c, d, a, b, M[2], 17, 0x242070db);
	FF(b, c, d, a, M[3], 22, 0xc1bdceee);
	FF(a, b, c, d, M[4], 7, 0xf57c0faf);
	FF(d, a, b, c, M[5], 12, 0x4787c62a);
	FF(c, d, a, b, M[6], 17, 0xa8304613);
	FF(b, c, d, a, M[7], 22, 0xfd469501);
	FF(a, b, c, d, M[8], 7, 0x698098d8);
	FF(d, a, b, c, M[9], 12, 0x8b44f7af);
	FF(c, d, a, b, M[10], 17, 0xffff5bb1);
	FF(b, c, d, a, M[11], 22, 0x895cd7be);
	FF(a, b, c, d, M[12], 7, 0x6b901122);
	FF(d, a, b, c, M[13], 12, 0xfd987193);
	FF(c, d, a, b, M[14], 17, 0xa679438e);
	FF(b, c, d, a, M[15], 22, 0x49b40821);

	GG(a, b, c, d, M[1], 5, 0xf61e2562);
	GG(d, a, b, c, M[6], 9, 0xc040b340);
	GG(c, d, a, b, M[11], 14, 0x265e5a51);
	GG(b, c, d, a, M[0], 20, 0xe9b6c7aa);
	GG(a, b, c, d, M[5], 5, 0xd62f105d);
	GG(d, a, b, c, M[10], 9, 0x2441453);
	GG(c, d, a, b, M[15], 14, 0xd8a1e681);
	GG(b, c, d, a, M[4], 20, 0xe7d3fbc8);
	GG(a, b, c, d, M[9], 5, 0x21e1cde6);
	GG(d, a, b, c, M[14], 9, 0xc33707d6);
	GG(c, d, a, b, M[3], 14, 0xf4d50d87);
	GG(b, c, d, a, M[8], 20, 0x455a14ed);
	GG(a, b, c, d, M[13], 5, 0xa9e3e905);
	GG(d, a, b, c, M[2], 9, 0xfcefa3f8);
	GG(c, d, a, b, M[7], 14, 0x676f02d9);
	GG(b, c, d, a, M[12], 20, 0x8d2a4c8a);

	HH(a, b, c, d, M[5], 4, 0xfffa3942);
	HH(d, a, b, c, M[8], 11, 0x8771f681);
	HH(c, d, a, b, M[11], 16, 0x6d9d6122);
	HH(b, c, d, a, M[14], 23, 0xfde5380c);
	HH(a, b, c, d, M[1], 4, 0xa4beea44);
	HH(d, a, b, c, M[4], 11, 0x4bdecfa9);
	HH(c, d, a, b, M[7], 16, 0xf6bb4b60);
	HH(b, c, d, a, M[10], 23, 0xbebfbc70);
	HH(a, b, c, d, M[13], 4, 0x289b7ec6);
	HH(d, a, b, c, M[0], 11, 0xeaa127fa);
	HH(c, d, a, b, M[3], 16, 0xd4ef3085);
	HH(b, c, d, a, M[6], 23, 0x4881d05);
	HH(a, b, c, d, M[9], 4, 0xd9d4d039);
	HH(d, a, b, c, M[12], 11, 0xe6db99e5);
	HH(c, d, a, b, M[15], 16, 0x1fa27cf8);
	HH(b, c, d, a, M[2], 23, 0xc4ac5665);

	II(a, b, c, d, M[0], 6, 0xf4292244);
	II(d, a, b, c, M[7], 10, 0x432aff97);
	II(c, d, a, b, M[14], 15, 0xab9423a7);
	II(b, c, d, a, M[5], 21, 0xfc93a039);
	II(a, b, c, d, M[12], 6, 0x655b59c3);
	II(d, a, b, c, M[3], 10, 0x8f0ccc92);
	II(c, d, a, b, M[10], 15, 0xffeff47d);
	II(b, c, d, a, M[1], 21, 0x85845dd1);
	II(a, b, c, d, M[8], 6, 0x6fa87e4f);
	II(d, a, b, c, M[15], 10, 0xfe2ce6e0);
	II(c, d, a, b, M[6], 15, 0xa3014314);
	II(b, c, d, a, M[13], 21, 0x4e0811a1);
	II(a, b, c, d, M[4], 6, 0xf7537e82);
	II(d, a, b, c, M[11], 10, 0xbd3af235);
	II(c, d, a, b, M[2], 15, 0x2ad7d2bb);
	II(b, c, d, a, M[9], 21, 0xeb86d391);


	virtualVals[0] += a;
	virtualVals[1] += b;
	virtualVals[2] += c;
	virtualVals[3] += d;

	delete buf;
	delete M;
	buf = 0;
}

void md5::update(uchar* str, int size,bool isEnd) {
	int counter = 0;
	bool needAddEnd = true;
	while (true)
	{
		if (buf == 0) {
			buf = new uchar[64];//在Process后自动释放
			offset = 0;
		}
		int surplusLen = 64 - offset;
		if (isEnd) {
			int cpyLen = size;
			if (cpyLen > surplusLen)
			{
				cpyLen = surplusLen;
			}
			if (size >= surplusLen-8)//只要大于等于56，就意味着无法同时写下8+64位，结束的情况一定是写下oriSize
			{
				memcpy(buf+offset, str + counter, cpyLen);//先行拷贝
				offset += cpyLen;
				size -= cpyLen;
				counter += cpyLen;
				if (offset == 64)
				{
					Process();
					continue;
				}
				buf[offset] = 128;//0x10000000
				memset(buf + offset + 1, 0, 64 - offset - 1);//剩余全部填充0
				needAddEnd = false;
				Process();
			}
			else
			{
				if (needAddEnd) {
					memcpy(buf+offset, str + counter, size);//拷贝剩余字节
					offset += size;
					buf[offset] = 128;//0x10000000
					memset(buf + offset + 1, 0, 64 - offset - 1);//剩余全部填充0
				}
				else
				{
					memset(buf+offset, 0, 64-offset);//在前一项已经填充过0，证明一定填充过0x10000000，所以这就只用填充0
				}
				uchar* ucSize = longTouchar(totalLen * (long)8);
				//将int复制到buf上最后8个字节上去
				memcpy(buf + 56, ucSize, 4);
				delete ucSize;
				Process();
				break;
			}
		}
		else {
			if (size >= surplusLen) {
				memcpy(buf+offset, str, surplusLen);
				Process();
				size -= surplusLen;
			}
			else {
				memcpy(buf+offset, str, size);
				offset += size;
				break;
			}
		}
	}
}


md5::md5(uint totalLen)
{
	virtualVals[0] = A;
	virtualVals[1] = B;
	virtualVals[2] = C;
	virtualVals[3] = D;
	buf = 0;
	this->totalLen = totalLen;
}

uchar* md5::getResult()
{
	uchar* ret = new uchar[16];
	for (int i = 0; i < 4; ++i)
	{
		memcpy(ret + i * 4, longTouchar(virtualVals[i]), 4);
	}
	return ret;
}

调用

								const char* data1 = "E10ADC3949BA59ABBE56E057F20F883E";
								const char* data2 = "E10ADC3949BA59ABBE56E057F20F883E";
								const char* data3 = "E10ADC3949BA59ABBE56E057F20F883E";
								const char* data4 = "E10ADC3949BA59ABBE56E057F20F883E";
								md5 m5(128);
								m5.update((uchar*)data1, strlen(data1), false);
								m5.update((uchar*)data2, strlen(data2), false);
								m5.update((uchar*)data3, strlen(data3), false);
								m5.update((uchar*)data4, strlen(data4), true);
								uchar* pmd5 = m5.getResult();
								std::string md5ret = getHexStr(pmd5, 16);
								cout << md5ret.c_str() << endl;

2023.3.21 优化分段更新

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C++：实现MD5（附带源码）
欢迎来到我的博客！这里是一个专注于计算机技术的分享平台，涵盖编程开发、算法研究、系统架构、软件工程等多个领域。无论你是初学者还是资深开发者，都能在这里找到有价值的内容。
02-12 1483
通过本项目，我们实现了MD5算法的核心功能，能够对输入的字符串生成其MD5哈希值。虽然MD5不再适用于现代密码学应用，但它仍然在许多领域中广泛使用，尤其是在文件校验和数据一致性检测中。
主要是C++版本的MD5加密代码
11-24
主要是C++版本的MD5加密算法，使用可以直接使用动态库方式直接使用，里面文件共四个文件，MD5.cpp,MD5.h,Makfile,libMD5.so.
MD5 C++实现 对文件计算MD5值
08-31
MD5值算法 C++实现 bool GetFileMd5(char *pMd5, const char *pFileName);
C++实现md5加密算法
04-08
md5 用c++实现md5算法. 开发平台 Ubuntu14.04 运行 sudo get-apt install g++ make ./md5_test md5简介 消息摘要算法第五版（英语：Message-Digest Algorithm 5，缩写为MD5），是当前计算机领域用于确保信息传输完整一致而广泛使用的散列算法之一（又译哈希算法、摘要算法等），主流编程语言普遍已有MD5的实现。将数据 （如一段文字）运算变为另一固定长度值，是散列算法的基础原理，MD5的前身有MD2、MD3和MD4。MD5由MD4、MD3、MD2改进而来，主要增强算法复杂度和不可逆性。目前，MD5算法因其普遍、稳定、快速的特点，仍广泛应用于普通 数据的错误检查领域。例如在一些BitTorrent下载中，软件将通过计算MD5检验下载到的文件片段的完整性。MD5已经广泛使用在为文件传输提供一定的可靠性方面。例如，服务器预先提供一个MD5校验和，用户下载完文件以后， 用MD5算法计算下载文件的MD5校验和，然后通过检查这两个校验和是否一致，就能判断下载的文件是否出错。MD5是输入不定长度信息，输出固定长度128-bits的算法。经过程序流程，生成四个32位数据，最后联合起来成为一个 128-bits散列。基本方式为，求余、取余、调整长度、与链接变量进行循环运算。得出结果。 md5算法描述 假设输入信息(input message)的长度为b(bit)，我们想要产生它的报文摘要，在此处b为任意的非负整数：b也可能为0，也不一定为8的整数倍，且可能是任意大的长度。设该信息的比特流表示如下： M[0] M[1] M[2] ... M[b-1] 计算此信息的报文摘要需要如下5步： 1.补位 信息计算前先要进行位补位，设补位后信息的长度为LEN(bit)，则LEN%512 = 448(bit)，即数据扩展至 K * 512 + 448(bit)。即K * 64+56(byte)，K为整数。补位操作始终要执行，即使补位前信息的长度对512求余的结果是448。具体补位操作：补一个1，然后补0至满足上述要求。总共最少要补1bit，最多补512bit。 2.尾部加上信息长度 将输入信息的原始长度b(bit)表示成一个64-bit的数字，把它添加到上一步的结果后面(在32位的机器上，这64位将用2个字来表示并且低位在前)。当遇到b大于2^64这种极少的情况时，b的高位被截去，仅使用b的低64位。经过上面两步，数据就被填补成长度为512(bit)的倍数。也就是说，此时的数据长度是16个字(32byte)的整数倍。此时的数据表示为： M[0 ... N-1] 其中的N是16的倍数。 3.初始化缓存区 用一个四个字的缓冲器(A，B，C，D)来计算报文摘要，A,B,C,D分别是32位的寄存器，初始化使用的是十六进制表示的数字，注意低字节在前： word A: 01 23 45 67 word B: 89 ab cd ef word C: fe dc ba 98 word D: 76 54 32 10 4.转换 首先定义4个辅助函数，每个函数的输入是三个32位的字，输出是一个32位的字： F(X,Y,Z) = XY v not(X) Z G(X,Y,Z) = XZ v Y not(Z) H(X,Y,Z) = X xor Y xor Z I(X,Y,Z) = Y xor (X v not(Z)) 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) 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,b,c,M11,10,0xbd3af235） Ⅱ（c,d,a,b,M2,15,0x2ad7d2bb) Ⅱ（b,c,d,a,M9,21,0xeb86d391）
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MD5.h #pragma once typedef unsigned int ul; ul F(ul x, ul y, ul z) { return (x&y) | ((~x)&z); } ul G(ul x, ul y, ul z) { return (x&z) | (y&(~z)); } ul H(ul x, ul y, ul z) { return x^y^z; } ul I(ul x, ul y, ul z) { return y ^ (x | (~z))
MD5加密算法（C++版）
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