MD5算法

转自MD5算法

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的具体实现好像有所区别，起码维基百科和百度百科的就不一样。但经过验证都是正确的，而这里采用的是维基百科的方法（http://zh.wikipedia.org/wiki/MD5）：

        使用MD5转换数据，需要使用相关的预设数据值去执行一系列步骤。先定义几个需要使用的数据和函数，罗列如下：

    A = 0x67452301；

    B = 0xEFCDAB89；

    C = 0x98BADCFE；

    D = 0x10325476；

    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);

    K[ 64 ]，其中K[ i ] = floor( abs(sin(i + 1)) × 2^32 )；

    R[ 64 ] = { 7, 12, 17, 22, 7, 12, 17, 22, 7, 12, 17, 22, 7, 12, 17, 22,

                5, 9, 14, 20, 5, 9, 14, 20, 5, 9, 14, 20, 5, 9, 14, 20,

                4, 11, 16, 23, 4, 11, 16, 23, 4, 11, 16, 23, 4, 11, 16, 23,

                6, 10, 15, 21, 6, 10, 15, 21, 6, 10, 15, 21, 6, 10, 15, 21 }

假设待转换数据为M，按如下步骤进行：

1.在M后面补1，然后补0，直到其长度模除512等于448；

2.继续在后面追加一个64bit数（小端表示），表示M的原始长度；

3.将M每512位拆分为一组，每一组进行如下操作：

        A.拆分为16个32位的word（小端表示），用W[ i ]来标识；

         B.将A、B、C、D分别赋值给a、b、c、d；

          C.设置循环变量i，从0到63，执行如下操作：

                 a.若0<=i<=15，则f = F（b, c, d），g = i；

              b.若16<=i<=31，则f = G（b, c, d），g = ( 5 * i + 1 ) % 16；

                   c.若32<=i<=47，则f = H（b, c, d），g = ( 3 * i + 5 ) % 16；

                   d.若48<=i<=63，则f = I（b, c, d），g = ( 7 * i ) % 16；

                   e. temp = d, d = c, c = b, b= leftrotate((a + f + K[i] + W[g]),R[i]) + b, a = temp；

         D.A += a, B += b, C += c, D += d；

4. ABCD（各自以小端表示后级联）就是M经过MD5转换后形成的最终信息N。

在具体实现（C/C++）中，考虑到补位（bit）比较困难，一般是补字节（byte）。由于1byte=8bits，所以512bits=64bytes，448bits=56bytes，而一开始补位1就变成了补字节0x80（即128D，或者说是10000000B）。需要注意的是小端表示很重要，否则得到的结果会不正确。

下面为具体代码：

/********************************************************
1.本程序只提供对字符串进行MD5加密的能力
2.转换过程中相关的信息输出以注释屏蔽了，如有必要可去除
3.学号：10389203   姓名：吴嘉琪  日期：2012-10-17
*********************************************************/
#include <cstdio>
#include <iostream>
#include <cmath>
#include <string>
#include <iomanip>
#include <bitset>
using namespace std;

void MD5( string s );   //对字符串s进行MD5加密
void appending( string &s, unsigned long long size );   //为原始信息补位
int transform( string s );      //以小端规则把长度为4的字符串转换成32位（4字节）数据
unsigned littleEndian( unsigned n );    //把n转换成小端规则表示的数据

/*MD5需要用的相关数据*/
unsigned A, B, C, D;
unsigned K[ 64 ], W[ 16 ];
unsigned R[ 64 ] = { 7, 12, 17, 22,   7, 12, 17, 22,   7, 12, 17, 22,    7, 12, 17, 22,
            5, 9, 14,  20,    5, 9, 14, 20,    5, 9, 14, 20,     5, 9, 14, 20,
                4, 11, 16, 23,    4, 11, 16, 23,   4, 11, 16, 23,    4, 11, 16, 23,
            6, 10, 15, 21,    6, 10, 15, 21,   6, 10, 15, 21,    6, 10, 15, 21 };

/*MD5需要用的相关函数的宏定义*/
#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) ) )
#define ROTATE_LEFT( x, n ) ( ( (x) << (n) ) | ( (x) >> (32-(n) ) ) )

int main()
{
    for ( int i = 0; i < 64; i++ )
        K[ i ] =  floor( abs( sinl( i + 1 ) ) * powl( 2, 32 ) );

    MD5( "" );
    MD5( "a" );
    MD5( "abc" );
    MD5( "message digest" );

    return 0;

}


void MD5( string s ) {
    A = 0x67452301, B = 0xEFCDAB89, C = 0x98BADCFE, D = 0x10325476;

    unsigned size = s.size();
    appending( s, size * 8 );
    /*每512位（64字节）拆分为一组,此为外循环*/
    for ( int k = 0; k < s.size() / 64; k++ ) {
        /*拆分为16个32位（4字节）的word，用W[ i ]来标识*/
        for ( int i = 0; i < 16; i++ )
            W[ i ] = transform( s.substr( 64 * k + 4 * i, 4 ) );

        //cout << "整理为WORD之后的二进制数据：
";
        //for ( int i = 0; i < 16; i++ )
        //  cout << setw( 2 ) << i << ": " << bitset<32>( (int)W[ i ] ) << endl;

        unsigned a = A, b = B, c = C, d = D, f, g, temp;
        for ( int i = 0; i < 64; i++ ) {
            if ( i >= 0 && i <= 15 ) {
                f = F( b, c, d );
                g = i;
            }
            else if ( i >= 16 && i <= 31 ) {
                f = G( b, c, d );
                g = ( 5 * i + 1 ) % 16;
            }
            else if ( i >= 32 && i <= 47 ) {
                f = H( b, c, d );
                g = ( 3 * i + 5 ) % 16;
            }
            else {
                f = I( b, c, d );
                g = ( 7 * i ) % 16;
            }

            temp = d;
            d = c;
            c = b;
            b = ROTATE_LEFT( ( a + f + K[ i ] + W[ g ] ), R[ i ] ) + b;
            a = temp;
        }

        A += a;
        B += b;
        C += c;
        D += d;
    }

    /*格式化控制输出*/
    printf( "MD5( "%s" ) = ", s.substr( 0, size ).c_str() );
    printf( "%08x%08x%08x%08x
", littleEndian( A ), littleEndian( B ), littleEndian( C ), littleEndian( D ) );
}

void appending( string& s, unsigned long long size ) {
    /*补位至模除512为448（56字节）*/
    s += (char)128;
    int sign = 56 - s.size() % 64;
    int temp = ( sign < 0 ? 64 + sign: sign );
    while ( temp-- )
        s += (char)0;

    /*信息尾部添加原信息长度，用64位（8字节）数据以小端规则存储*/
    char *now = (char*)&size;
    for ( int i = 0; i < 8; i++ )
        s += *(now + i);

    //printf( "检验补位完毕后的信息的二进制数据:" );
    //for ( int i = 0; i < s.size(); i++ ) {
    //  if ( i % 4 == 0 )
    //      printf( "
" );
    //  printf( "%2d:  ", i, s[ i ] );
    //  cout << bitset<8>( (int)s[ i ] ) << "   ";
    //}
    //cout << endl;
}

int transform( string s ) {
    return ( 0xFF000000 & s[ 3 ] << 24 ) | ( 0x00FF0000 & s[ 2 ] << 16 )
            | ( 0x0000FF00 & s[ 1 ] << 8 ) | ( 0x000000FF & s[ 0 ] );
}

unsigned littleEndian( unsigned n ) {
    return ( 0xFF000000 & n << 24 ) | ( 0x00FF0000 & n << 8 )
            | ( 0x0000FF00 & n >> 8 ) | ( 0x000000FF & n >> 24 );
}