MD5算法描述
當我要寫一個MD5算法的程序時，發現中英文的語言描述都有一些不確切的地方，某些個細節
講得不清楚，或者說很費解。最后不得不拿出C語言的源程序來調試，這對于理解算法是很不
利的。于是就總結了一下我摸索到的一些要點。
1.來歷
MD5的全稱是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開發出來，
經md2、md3和md4發展而來。http://www.ietf.org/rfc/rfc1321.txt，是一份最權威的文檔，
由ronald l. rivest在1992年8月向ieft提交。
2.用途
MD5的作用是對一段信息(message)生成信息摘要(message-digest)，該摘要對該信息具有
唯一性,可以作為數字簽名。用于驗證文件的有效性(是否有丟失或損壞的數據),對用戶
密碼的加密，在哈希函數中計算散列值。
3.特點
輸入一個任意長度的字節串，生成一個128位的整數。由于算法的某些不可逆特征，在加密應用
上有較好的安全性。并且，MD5算法的使用不需要支付任何版權費用。
4.說明
唯一性和不可逆性都不是絕對的，從理論上分析是一種多對一的關系，但兩個不同的信息產生
相同摘要的概率很小。不可逆是指從輸出反推輸入所需的運算量和計算時間太大，使用窮搜字
典的方法又需要太多的存儲空間。
5.算法描述
算法輸入是一個字節串，每個字節是8個bit.
算法的執行分為以下幾個步驟：
第一步，補位：
MD5算法先對輸入的數據進行補位，使得數據的長度(以byte為單位)對64求余的結果是56。
即數據擴展至LEN=K*64+56個字節，K為整數。
補位方法：補一個1，然后補0至滿足上述要求。相當于補一個0x80的字節，再補值
為0的字節。這一步里總共補充的字節數為0～63個。
第二步，附加數據長度：
用一個64位的整數表示數據的原始長度(以bit為單位)，將這個數字的8個字節按低位的在前，
高位在后的順序附加在補位后的數據后面。這時，數據被填補后的總長度為：
?LEN = K*64+56+8=(K+1)*64 Bytes。
※注意那個64位整數是輸入數據的原始長度而不是填充字節后的長度,我就在這里栽了跟頭.
第三步，初始化MD5參數：
有四個32位整數變量 (A,B,C,D) 用來計算信息摘要，每一個變量被初始化成以下
以十六進制數表示的數值，低位的字節在前面。
?word A: 01 23 45 67
?word B: 89 ab cd ef
?word C: fe dc ba 98
?word D: 76 54 32 10
※注意低位的字節在前面指的是Little Endian平臺上內存中字節的排列方式，
而在程序中書寫時，要寫成：
?A=0x67452301
?B=0xefcdab89
?C=0x98badcfe
?D=0x10325476
第四步，定義四個MD5基本的按位操作函數：
X，Y，Z為32位整數。
?F(X,Y,Z) = (X and Y) or (not(X) and Z)
?G(X,Y,Z) = (X and Z) or (Y and not(Z))
?H(X,Y,Z) = X xor Y xor Z
?I(X,Y,Z) = Y xor (X or not(Z))
再定義四個分別用于四輪變換的函數。
設Mj表示消息的第j個子分組（從0到15），<<<s表示循環左移s位，則四種操作為：
?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)
第五步，對輸入數據作變換。
處理數據，N是總的字節數，以64個字節為一組，每組作一次循環，每次循環進行四輪操作。
要變換的64個字節用16個32位的整數數組M[0 ...15]表示。而數組T[1 ... 64]表示一組常數，
T為4294967296*abs(sin(i))的32位整數部分，i的單位是弧度。
具體過程如下：
/* 設置主循環變量 */
For i = 0 to N/16-1 do
/*每循環一次，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) <<< 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) <<< 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) <<< 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) <<< 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]
/* 然后進行如下操作 */
A = A + AA
B = B + BB
C = C + CC
D = D + DD
Next i /* 結束對I的循環*/
第六步，輸出結果。
A，B，C，D連續存放，共16個字節，128位。按十六進制依次輸出這個16個字節。
最后，用程序語言實現算法后，可以輸入以下幾個信息對程序作一個簡單的測試，
看看程序有沒有錯誤。
MD5 ("") = d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e
MD5 ("a") = 0cc175b9c0f1b6a831c399e269772661
MD5 ("abc") = 900150983cd24fb0d6963f7d28e17f72
MD5 ("message digest") = f96b697d7cb7938d525a2f31aaf161d0
MD5 ("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz") = c3fcd3d76192e4007dfb496cca67e13b
MD5 ("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789") =
d174ab98d277d9f5a5611c2c9f419d9f
?MD5 ("123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890") = 57edf4a22be3c955ac49da2e2107b67a?
?
講得不清楚，或者說很費解。最后不得不拿出C語言的源程序來調試，這對于理解算法是很不
利的。于是就總結了一下我摸索到的一些要點。
1.來歷
MD5的全稱是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開發出來，
經md2、md3和md4發展而來。http://www.ietf.org/rfc/rfc1321.txt，是一份最權威的文檔，
由ronald l. rivest在1992年8月向ieft提交。
2.用途
MD5的作用是對一段信息(message)生成信息摘要(message-digest)，該摘要對該信息具有
唯一性,可以作為數字簽名。用于驗證文件的有效性(是否有丟失或損壞的數據),對用戶
密碼的加密，在哈希函數中計算散列值。
3.特點
輸入一個任意長度的字節串，生成一個128位的整數。由于算法的某些不可逆特征，在加密應用
上有較好的安全性。并且，MD5算法的使用不需要支付任何版權費用。
4.說明
唯一性和不可逆性都不是絕對的，從理論上分析是一種多對一的關系，但兩個不同的信息產生
相同摘要的概率很小。不可逆是指從輸出反推輸入所需的運算量和計算時間太大，使用窮搜字
典的方法又需要太多的存儲空間。
5.算法描述
算法輸入是一個字節串，每個字節是8個bit.
算法的執行分為以下幾個步驟：
第一步，補位：
MD5算法先對輸入的數據進行補位，使得數據的長度(以byte為單位)對64求余的結果是56。
即數據擴展至LEN=K*64+56個字節，K為整數。
補位方法：補一個1，然后補0至滿足上述要求。相當于補一個0x80的字節，再補值
為0的字節。這一步里總共補充的字節數為0～63個。
第二步，附加數據長度：
用一個64位的整數表示數據的原始長度(以bit為單位)，將這個數字的8個字節按低位的在前，
高位在后的順序附加在補位后的數據后面。這時，數據被填補后的總長度為：
?LEN = K*64+56+8=(K+1)*64 Bytes。
※注意那個64位整數是輸入數據的原始長度而不是填充字節后的長度,我就在這里栽了跟頭.
第三步，初始化MD5參數：
有四個32位整數變量 (A,B,C,D) 用來計算信息摘要，每一個變量被初始化成以下
以十六進制數表示的數值，低位的字節在前面。
?word A: 01 23 45 67
?word B: 89 ab cd ef
?word C: fe dc ba 98
?word D: 76 54 32 10
※注意低位的字節在前面指的是Little Endian平臺上內存中字節的排列方式，
而在程序中書寫時，要寫成：
?A=0x67452301
?B=0xefcdab89
?C=0x98badcfe
?D=0x10325476
第四步，定義四個MD5基本的按位操作函數：
X，Y，Z為32位整數。
?F(X,Y,Z) = (X and Y) or (not(X) and Z)
?G(X,Y,Z) = (X and Z) or (Y and not(Z))
?H(X,Y,Z) = X xor Y xor Z
?I(X,Y,Z) = Y xor (X or not(Z))
再定義四個分別用于四輪變換的函數。
設Mj表示消息的第j個子分組（從0到15），<<<s表示循環左移s位，則四種操作為：
?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)
第五步，對輸入數據作變換。
處理數據，N是總的字節數，以64個字節為一組，每組作一次循環，每次循環進行四輪操作。
要變換的64個字節用16個32位的整數數組M[0 ...15]表示。而數組T[1 ... 64]表示一組常數，
T為4294967296*abs(sin(i))的32位整數部分，i的單位是弧度。
具體過程如下：
/* 設置主循環變量 */
For i = 0 to N/16-1 do
/*每循環一次，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) <<< 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) <<< 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) <<< 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) <<< 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]
/* 然后進行如下操作 */
A = A + AA
B = B + BB
C = C + CC
D = D + DD
Next i /* 結束對I的循環*/
第六步，輸出結果。
A，B，C，D連續存放，共16個字節，128位。按十六進制依次輸出這個16個字節。
最后，用程序語言實現算法后，可以輸入以下幾個信息對程序作一個簡單的測試，
看看程序有沒有錯誤。
MD5 ("") = d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e
MD5 ("a") = 0cc175b9c0f1b6a831c399e269772661
MD5 ("abc") = 900150983cd24fb0d6963f7d28e17f72
MD5 ("message digest") = f96b697d7cb7938d525a2f31aaf161d0
MD5 ("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz") = c3fcd3d76192e4007dfb496cca67e13b
MD5 ("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789") =
d174ab98d277d9f5a5611c2c9f419d9f
?MD5 ("123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890") = 57edf4a22be3c955ac49da2e2107b67a?
?
轉載于:https://blog.51cto.com/cnming/223686
總結
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