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  • MD5消息摘要算法

    既然准备从事信息安全行业，那么就先一步步打牢基础吧。
     
    MD5特点：
     
    1、压缩性：任意长度的数据，算出的MD5值长度都是固定的。
    2、容易计算：从原数据计算出MD5值很容易。
    3、抗修改性：对原数据进行任何改动，哪怕只修改1个字节，所得到的MD5值都有很大区别。
    4、强抗碰撞：已知原数据和其MD5值，想找到一个具有相同MD5值的数据（即伪造数据）是非常困难的。
     
     

    MD5原理：

    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。
     
     
    1.填充
    　　在MD5算法中，首先需要对信息进行填充，使其位长对512求余的结果等于448，并且填充必须进行，即使其位长对512求余的结果等于448。因此，信息的位长（Bits Length）将被扩展至N*512+448，N为一个非负整数，N可以是零。
    填充的方法如下：
    　　1) 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。
    　　2) 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（单位为Bit），如果二进制表示的填充前信息长度超过64位，则取低64位。
    　　经过这两步的处理，信息的位长=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。
     
    2. 初始化变量
    　　初始的128位值为初试链接变量，这些参数用于第一轮的运算，以大端字节序来表示，他们分别为： A=0x01234567，B=0x89ABCDEF，C=0xFEDCBA98，D=0x76543210。
    （每一个变量给出的数值是高字节存于内存低地址，低字节存于内存高地址，即大端字节序。在程序中变量A、B、C、D的值分别为0x67452301，0xEFCDAB89，0x98BADCFE，0x10325476）
     
    3. 处理分组数据
    每一分组的算法流程如下：
    　　第一分组需要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。从第二分组开始的变量为上一分组的运算结果，即A = a， B = b， C = c， D = 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。再将所得结果向左环移一个不定的数，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) )
     
    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），常数ti是4294967296*abs( sin(i) ）的整数部分，i 取值从1到64，单位是弧度。（4294967296=232）
    现定义：
    FF(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti ) 操作为 a = b + ( (a + F(b,c,d) + Mj + ti) << s)
    GG(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti ) 操作为 a = b + ( (a + G(b,c,d) + Mj + ti) << s)
    HH(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti) 操作为 a = b + ( (a + H(b,c,d) + Mj + ti) << s)
    II(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti) 操作为 a = b + ( (a + I(b,c,d) + Mj + ti) << s)
    注意：“<<”表示循环左移位，不是左移位。
    这四轮（共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 )
    所有这些完成之后，将a、b、c、d分别在原来基础上再加上A、B、C、D。
    即a = a + A，b = b + B，c = c + C，d = d + D
    然后用下一分组数据继续运行以上算法。
     

    MD5算法：

      1 #include<iostream>
  2 #include<string>
  3 using namespace std;
  4 #define shift(x, n) (((x) << (n)) | ((x) >> (32-(n))))//右移的时候，高位一定要补零，而不是补充符号位
  5 #define F(x, y, z) (((x) & (y)) | ((~x) & (z)))    
  6 #define G(x, y, z) (((x) & (z)) | ((y) & (~z)))
  7 #define H(x, y, z) ((x) ^ (y) ^ (z))
  8 #define I(x, y, z) ((y) ^ ((x) | (~z)))
  9 #define A 0x67452301
 10 #define B 0xefcdab89
 11 #define C 0x98badcfe
 12 #define D 0x10325476
 13 //strBaye的长度
 14 unsigned int strlength;
 15 //A,B,C,D的临时变量
 16 unsigned int atemp;
 17 unsigned int btemp;
 18 unsigned int ctemp;
 19 unsigned int dtemp;
 20 //常量ti unsigned int(abs(sin(i+1))*(2pow32))
 21 const unsigned int k[]={
 22         0xd76aa478,0xe8c7b756,0x242070db,0xc1bdceee,
 23         0xf57c0faf,0x4787c62a,0xa8304613,0xfd469501,0x698098d8,
 24         0x8b44f7af,0xffff5bb1,0x895cd7be,0x6b901122,0xfd987193,
 25         0xa679438e,0x49b40821,0xf61e2562,0xc040b340,0x265e5a51,
 26         0xe9b6c7aa,0xd62f105d,0x02441453,0xd8a1e681,0xe7d3fbc8,
 27         0x21e1cde6,0xc33707d6,0xf4d50d87,0x455a14ed,0xa9e3e905,
 28         0xfcefa3f8,0x676f02d9,0x8d2a4c8a,0xfffa3942,0x8771f681,
 29         0x6d9d6122,0xfde5380c,0xa4beea44,0x4bdecfa9,0xf6bb4b60,
 30         0xbebfbc70,0x289b7ec6,0xeaa127fa,0xd4ef3085,0x04881d05,
 31         0xd9d4d039,0xe6db99e5,0x1fa27cf8,0xc4ac5665,0xf4292244,
 32         0x432aff97,0xab9423a7,0xfc93a039,0x655b59c3,0x8f0ccc92,
 33         0xffeff47d,0x85845dd1,0x6fa87e4f,0xfe2ce6e0,0xa3014314,
 34         0x4e0811a1,0xf7537e82,0xbd3af235,0x2ad7d2bb,0xeb86d391};
 35 //向左位移数
 36 const unsigned int s[]={7,12,17,22,7,12,17,22,7,12,17,22,7,
 37         12,17,22,5,9,14,20,5,9,14,20,5,9,14,20,5,9,14,20,
 38         4,11,16,23,4,11,16,23,4,11,16,23,4,11,16,23,6,10,
 39         15,21,6,10,15,21,6,10,15,21,6,10,15,21};
 40 const char str16[]="0123456789abcdef";
 41 void mainLoop(unsigned int M[])
 42 {
 43     unsigned int f,g;
 44     unsigned int a=atemp;
 45     unsigned int b=btemp;
 46     unsigned int c=ctemp;
 47     unsigned int d=dtemp;
 48     for (unsigned int i = 0; i < 64; i++)
 49     {
 50         if(i<16){
 51             f=F(b,c,d);
 52             g=i;
 53         }else if (i<32)
 54         {
 55             f=G(b,c,d);
 56             g=(5*i+1)%16;
 57         }else if(i<48){
 58             f=H(b,c,d);
 59             g=(3*i+5)%16;
 60         }else{
 61             f=I(b,c,d);
 62             g=(7*i)%16;
 63         }
 64         unsigned int tmp=d;
 65         d=c;
 66         c=b;
 67         b=b+shift((a+f+k[i]+M[g]),s[i]);
 68         a=tmp;
 69     }
 70     atemp=a+atemp;
 71     btemp=b+btemp;
 72     ctemp=c+ctemp;
 73     dtemp=d+dtemp;
 74 }
 75 /*
 76 *填充函数
 77 *处理后应满足bits≡448(mod512),字节就是bytes≡56（mode64)
 78 *填充方式为先加一个1,其它位补零
 79 *最后加上64位的原来长度
 80 */
 81 unsigned int* add(string str)
 82 {
 83     unsigned int num=((str.length()+8)/64)+1;//以512位,64个字节为一组
 84     unsigned int *strByte=new unsigned int[num*16];    //64/4=16,所以有16个整数
 85     strlength=num*16;
 86     for (unsigned int i = 0; i < num*16; i++)
 87         strByte[i]=0;
 88     for ( i=0; i <str.length(); i++)
 89     {
 90         strByte[i>>2]|=(str[i])<<((i%4)*8);//一个整数存储四个字节，i>>2表示i/4 一个unsigned int对应4个字节，保存4个字符信息
 91     }
 92     strByte[str.length()>>2]|=0x80<<(((str.length()%4))*8);//尾部添加1 一个unsigned int保存4个字符信息,所以用128左移
 93     /*
 94     *添加原长度，长度指位的长度，所以要乘8，然后是小端序，所以放在倒数第二个,这里长度只用了32位
 95     */
 96     strByte[num*16-2]=str.length()*8;
 97     return strByte;
 98 }
 99 string changeHex(int a)
100 {
101     int b;
102     string str1;
103     string str="";
104     for(int i=0;i<4;i++)
105     {
106         str1="";
107         b=((a>>i*8)%(1<<8))&0xff;   //逆序处理每个字节
108         for (int j = 0; j < 2; j++)
109         {
110             str1.insert(0,1,str16[b%16]);
111             b=b/16;
112         }
113         str+=str1;
114     }
115     return str;
116 }
117 string getMD5(string source)
118 {
119     atemp=A;    //初始化
120     btemp=B;
121     ctemp=C;
122     dtemp=D;
123     unsigned int *strByte=add(source);
124     for(unsigned int i=0;i<strlength/16;i++)
125     {
126         unsigned int num[16];
127         for(unsigned int j=0;j<16;j++)
128             num[j]=strByte[i*16+j];
129         mainLoop(num);
130     }
131     return changeHex(atemp).append(changeHex(btemp)).append(changeHex(ctemp)).append(changeHex(dtemp));
132 }
133 unsigned int main()
134 {
135     string ss;
136 //    cin>>ss;
137     string s=getMD5("abc");
138     cout<<s;
139     return 0;
140 }

    MD5总结：

     
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