常见的加密算法原理与实现：MD5加密

一、基本介绍

MD5加密算法，其全称是Message-Digest Algorithm 5，通常被称为信息摘要算法，所谓的信息摘要就是把明文内容按一定规则生成一段哈希（hash）值，即得到这段明文内容的信息摘要。利用MD5可以基于任意长度的明文字符串生成128位的哈希值，结果唯一且不可逆，因此MD5经常被用于防止信息被篡改、数字签名、以及对明文进行加密等场景。

二、加密原理

MD5算法加密的过程分为三步：处理原文，设置初始值，加密运算。

2.1、处理原文

由于MD5是将信息以512位为一组分组来进行处理，所以首先要计算原文长度（bit）对512的求余结果，如果不等于448，就需要对原文进行填充，使其求余结果等于448。

具体填充方法是第一位为1，余下统一填充为0，填充完后，信息的长度就为N512+448(bit)。之后用剩余的64位（512-448=64位）存储填充前信息的长度，这样处理后的信息长度就是N512+448+64，即512*(N+1)。

其实从这一步来看，好像大部分加密算法都涉及到对转为二进制后的信息的按位填充，以使其满足后续分组处理信息加密的需求。

2.2、设置初始值

MD5的哈希结果长度为128位，按每32位分成一组共4组。这4组结果是由4个初始值A、B、C、D经过不断演变得到。官方定义的A、B、C、D的标准初始值如下（16进制）：

A: 01234567
B: 89abcdef
C: fedcba98
D: 76543210

2.3、加密运算

在具体加密过程中，会进行N次循环，N就是在第一步处理原文后的分组个数，假设处理后原文长度为1024，那N就是2，即总共循环两次。

在每次循环内，会将每组的512位信息细分成16个小组，每组长度为32位。进行四轮总计64次运算，每一轮即每十六次运算都会用同一个函数进行处理。运算过程中会用到一组非线性函数如下，&是与运算，|是或运算，~是非运算，^是异或运算：

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))

在每次子循环中F、G、H、I 交替使用，第一个16次使用F，第二个16次使用G，第三个16次使用H，第四个16次使用I。

设Mj表示消息的第j个子分组（j的范围：0~15，也就是前面分的16组信息），这里的s，t都是常量，<<<s代表左移s位

FF(a,b,c,d,Mj,s,Ki),表示a=b+((a+F(b,c,d)+Mj+Ki)<<<s)
GG(a,b,c,d,Mj,s,Ki),表示a=b+((a+G(b,c,d)+Mj+Ki)<<<s)
HH(a,b,c,d,Mj,s,Ki),表示a=b+((a+H(b,c,d)+Mj+Ki)<<<s)
II(a,b,c,d,Mj,s,Ki),表示a=b+((a+I(b,c,d)+Mj+Ki)<<<s)

s在四轮循环中的值如下：

s[ 0..15] := {
    7, 12, 17, 22,  7, 12, 17, 22,  7, 12, 17, 22,  7, 12, 17, 22 }
s[16..31] := {
    5,  9, 14, 20,  5,  9, 14, 20,  5,  9, 14, 20,  5,  9, 14, 20 }
s[32..47] := {
    4, 11, 16, 23,  4, 11, 16, 23,  4, 11, 16, 23,  4