MD5加密算法原理及实现
全称:message-digest algorithm 5
翻译过来就是:信息 摘要 算法 5
1.特点
1.长度固定:
不管多长的字符串,加密后长度都是一样长
作用:方便平时信息的统计和管理2.易计算:
字符串和文件加密的过程是容易的.
作用: 开发者很容易理解和做出加密工具3.细微性
一个文件,不管多大,小到几k,大到几G,你只要改变里面某个字符,那么都会导致MD5值改变.
作用:很多软件和应用在网站提供下载资源,其中包含了对文件的MD5码,用户下载后只需要用工具测一下下载好的文件,通过对比就知道该文件是否有过更改变动.4.不可逆性
你明明知道密文和加密方式,你却无法反向计算出原密码.
作用:基于这个特点,很多安全的加密方式都是用到.大大提高了数据的安全性
2.后续讲解
关于撞库破解:
这是概率极低的破解方法,原理就是:
1.建立一个大型的数据库,把日常的各个语句,通过MD5加密成为密文,不断的积累大量的句子,放在一个庞大的数据库里.
2.比如一个人拿到了别人的密文,想去查询真实的密码,就需要那这个密文去到提供这个数据库的公司网站去查询.
这就是撞库的概念.
3.关于MD5加盐:
比如我的银行密码是”12345”
1.得到的MD5是:827ccb0eea8a706c4c34a16891f84e7b
2.一个人截取到这个密文,那么通过撞库肯定容易撞出12345.
3.我们要做的就是加盐,银行密码还是”12345”,然后我把银行密码加上我特定的字符串才计算MD5
所以密码还是那个密码,但是变成求”12345密码加密987”的MD5值,然后再得到MD5,那么这个MD5起码可以确认那个数据库不会有.
说了那么多我们开始我们的MD5工具的制作
我们一般加密都是加密字符串或者文件,所以我们的工具就有加密字符串和文件的两种方法,两个方法同名,通过重载完成
1.加密字符串
逻辑思维:
1.获取信息摘要对象:md5
通过信息摘要单例的构造函数获取:
MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");- 1
- 2
2.信息摘要对象是对字节数组进行摘要的,所以先获取字符串的字节数组.
byte[] bytes = str.getBytes();- 1
- 2
3.信息摘要对象对字节数组进行摘要,得到摘要字节数组:
byte[] digest = md5.digest(bytes);- 1
- 2
4.把摘要数组中的每一个字节转换成16进制,并拼在一起就得到了MD5值.
(PS,有些转换过来得到的是前面有6个f的情况,如:ffffff82,这是因为前面有6组4个1,所以提前把这6组1111先变成0就好了,然后再转16进制就没有f了)
(其实也可以在后面续把f去掉)
2.加密文件
方法传入的是文件对象 : file
1.因为是文件不是方法,所以不是像刚才那样通过摘要获取字符串.
2.使用到另一个方法即可:就是信息摘要对象更新:md5.update(byte[] input)方法,用法是通过读取流,不断的更新从流中读到的”信息数组”.
3.然后通过”信息摘要对象”获取摘要,不用参数:md5.digest(),此时返回的数组就已经是包含内容的摘要数组了
以下是详细代码:
public class MD5Tool {
public static void main(String[] args) throws Exception {
/*--------------字符串--------------*/
String str = "12345";
String md1 = getMD5(str);
System.out.println(md1);//827ccb0eea8a706c4c34a16891f84e7b
/*--------------文件--------------*/
File file = new File("D:\\1.mp3");
String md2 = getMD5(file);
System.out.println(md2);//9068aaead9a5b75e6a54395d8183ec9
}
/** * 逻辑: * * 1.获取md5对象,通过"信息摘要"获取实例构造("MD5"). * 2.md5对象对("字符串的"字节形式"-得到的数组)进行摘要",那么会返回一个"摘要的字节数组" * 3.摘要字节数组中的"每个二进制值"字节形式,"转成十六进制形式",然后再把这些值给拼接起来,就是MD5值了 * (PS:为了便于阅读,把多余的fff去掉,并且单个字符前加个0) * */
public static String getMD5(String str) throws Exception {
String MD5 = "";
MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
byte[] bytes = str.getBytes();
byte[] digest = md5.digest(bytes);
for (int i = 0; i < digest.length; i++) {
//摘要字节数组中各个字节的"十六进制"形式.
int j = digest[i];
j = j & 0x000000ff;
String s1 = Integer.toHexString(j);
if (s1.length() == 1) {
s1 = "0" + s1;
}
MD5 += s1;
}
return MD5;
}
//重载,所以用户传入"字符串"或者"文件"都可以解决.
/** * 处理逻辑: * 1.现在传入的是"文件",不是字符串 * 2.所以信息摘要对象.进行摘要得到数组不能像上面获得:md5.digest(bytes),因为不是str.getBytes得到bytes * 3.其实还是通过mdt.digest();获取到字节数组,但是前期必须要有一个方法必须是md5.update(),即"信息摘要对象"要先更新 * 4."信息摘要更新"里面有(byte[] input),说明是读取流获取到的数组,所以我们就用这个方法. * 5.所以最终的逻辑就是: * * 1.获取文件的读取流 * 2.不停的读取流中的"内容"放入字符串,放一部分就"更新"一部分.直到全部完毕 * 3.然后调用md5.digest();就会得到有内容的字节数组,剩下的就和上边一样了. */
public static String getMD5(File file) throws Exception {
String MD5 = "";
MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
byte[] bytes = new byte[1024 * 5];
int len = -1;
while ((len=fis.read(bytes))!=-1) {
//一部分一部分更新
md5.update(bytes, 0, len);
}
byte[] digest = md5.digest();
for (int i = 0; i int n = digest[i] & 0x000000ff;
String s = Integer.toHexString(n);
MD5 += s;
}
return MD5;
}
} - 1
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MD5消息摘要算法，属Hash算法一类。MD5算法对输入任意长度的消息进行运行，产生一个128位的消息摘要。
以下所描述的消息长度、填充数据都以位(Bit)为单位，字节序为小端字节。
算法原理
1、数据填充
对消息进行数据填充，使消息的长度对512取模得448，设消息长度为X，即满足X mod 512=448。根据此公式得出需要填充的数据长度。
填充方法：在消息后面进行填充，填充第一位为1，其余为0。
2、添加消息长度
在第一步结果之后再填充上原消息的长度，可用来进行的存储长度为64位。如果消息长度大于264，则只使用其低64位的值，即（消息长度 对 264取模）。
在此步骤进行完毕后，最终消息长度就是512的整数倍。
3、数据处理
准备需要用到的数据：
- 4个常数： A = 0x67452301, B = 0x0EFCDAB89, C = 0x98BADCFE, D = 0x10325476;
- 4个函数：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));
把消息分以512位为一分组进行处理，每一个分组进行4轮变换，以上面所说4个常数为起始变量进行计算，重新输出4个变量，以这4个变量再进行下一分组的运算，如果已经是最后一个分组，则这4个变量为最后的结果，即MD5值。
具体计算的实现较为复杂，建议查阅相关书籍，下面给出在C++上的实现代码。
代码实现
#MD5.h
1 #ifndef MD5H 2 #define MD5H 3 #include4 #include 5 6 void ROL(unsigned int &s, unsigned short cx); //32位数循环左移实现函数 7 void ltob(unsigned int &i); //B\L互转，接受UINT类型 8 unsigned int* MD5(const char* mStr); //接口函数，并执行数据填充，计算MD5时调用此函数 9 10 #endif
#MD5.cpp
1 #include "MD5.h" 2 3 /*4组计算函数*/ 4 inline unsigned int F(unsigned int X, unsigned int Y, unsigned int Z) 5 { 6 return (X & Y) | ((~X) & Z); 7 } 8 inline unsigned int G(unsigned int X, unsigned int Y, unsigned int Z) 9 { 10 return (X & Z) | (Y & (~Z)); 11 } 12 inline unsigned int H(unsigned int X, unsigned int Y, unsigned int Z) 13 { 14 return X ^ Y ^ Z; 15 } 16 inline unsigned int I(unsigned int X, unsigned int Y, unsigned int Z) 17 { 18 return Y ^ (X | (~Z)); 19 } 20 /*4组计算函数结束*/ 21 22 /*32位数循环左移实现函数*/ 23 void ROL(unsigned int &s, unsigned short cx) 24 { 25 if (cx > 32)cx %= 32; 26 s = (s << cx) | (s >> (32 - cx)); 27 return; 28 } 29 30 /*B\L互转，接收UINT类型*/ 31 void ltob(unsigned int &i) 32 { 33 unsigned int tmp = i;//保存副本 34 byte *psour = (byte*)&tmp, *pdes = (byte*)&i; 35 pdes += 3;//调整指针，准备左右调转 36 for (short i = 3; i >= 0; --i) 37 { 38 CopyMemory(pdes - i, psour + i, 1); 39 } 40 return; 41 } 42 43 /* 44 MD5循环计算函数，label=第几轮循环（1<=label<=4），lGroup数组=4个种子副本，M=数据（16组32位数指针） 45 种子数组排列方式: --A--D--C--B--，即 lGroup[0]=A; lGroup[1]=D; lGroup[2]=C; lGroup[3]=B; 46 */ 47 void AccLoop(unsigned short label, unsigned int *lGroup, void *M) 48 { 49 unsigned int *i1, *i2, *i3, *i4, TAcc, tmpi = 0; //定义:4个指针； T表累加器； 局部变量 50 typedef unsigned int(*clac)(unsigned int X, unsigned int Y, unsigned int Z); //定义函数类型 51 const unsigned int rolarray[4][4] = { 52 { 7, 12, 17, 22 }, 53 { 5, 9, 14, 20 }, 54 { 4, 11, 16, 23 }, 55 { 6, 10, 15, 21 } 56 };//循环左移-位数表 57 const unsigned short mN[4][16] = { 58 { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 }, 59 { 1, 6, 11, 0, 5, 10, 15, 4, 9, 14, 3, 8, 13, 2, 7, 12 }, 60 { 5, 8, 11, 14, 1, 4, 7, 10, 13, 0, 3, 6, 9, 12, 15, 2 }, 61 { 0, 7, 14, 5, 12, 3, 10, 1, 8, 15, 6, 13, 4, 11, 2, 9 } 62 };//数据坐标表 63 const unsigned int *pM = static_castint*>(M);//转换类型为32位的Uint 64 TAcc = ((label - 1) * 16) + 1; //根据第几轮循环初始化T表累加器 65 clac clacArr[4] = { F, G, H, I }; //定义并初始化计算函数指针数组 66 67 /*一轮循环开始（16组->16次）*/ 68 for (short i = 0; i < 16; ++i) 69 { 70 /*进行指针自变换*/ 71 i1 = lGroup + ((0 + i) % 4); 72 i2 = lGroup + ((3 + i) % 4); 73 i3 = lGroup + ((2 + i) % 4); 74 i4 = lGroup + ((1 + i) % 4); 75 76 /*第一步计算开始: A+F(B,C,D)+M[i]+T[i+1] 注:第一步中直接计算T表*/ 77 tmpi = (*i1 + clacArr[label - 1](*i2, *i3, *i4) + pM[(mN[label - 1][i])] + (unsigned int)(0x100000000UL * abs(sin((double)(TAcc + i))))); 78 ROL(tmpi, rolarray[label - 1][i % 4]);//第二步:循环左移 79 *i1 = *i2 + tmpi;//第三步:相加并赋值到种子 80 } 81 return; 82 } 83 84 /*接口函数，并执行数据填充*/ 85 unsigned int* MD5(const char* mStr) 86 { 87 unsigned int mLen = strlen(mStr); //计算字符串长度 88 if (mLen < 0) return 0; 89 unsigned int FillSize = 448 - ((mLen * 8) % 512); //计算需填充的bit数 90 unsigned int FSbyte = FillSize / 8; //以字节表示的填充数 91 unsigned int BuffLen = mLen + 8 + FSbyte; //缓冲区长度或者说填充后的长度 92 unsigned char *md5Buff = new unsigned char[BuffLen]; //分配缓冲区 93 CopyMemory(md5Buff, mStr, mLen); //复制字符串到缓冲区 94 95 /*数据填充开始*/ 96 md5Buff[mLen] = 0x80; //第一个bit填充1 97 ZeroMemory(&md5Buff[mLen + 1], FSbyte - 1); //其它bit填充0，另一可用函数为FillMemory 98 unsigned long long lenBit = mLen * 8ULL; //计算字符串长度，准备填充 99 CopyMemory(&md5Buff[mLen + FSbyte], &lenBit, 8); //填充长度 100 /*数据填充结束*/ 101 102 /*运算开始*/ 103 unsigned int LoopNumber = BuffLen / 64; //以16个字为一分组，计算分组数量 104 unsigned int A = 0x67452301, B = 0x0EFCDAB89, C = 0x98BADCFE, D = 0x10325476;//初始4个种子，小端类型 105 unsigned int *lGroup = new unsigned int[4]{ A, D, C, B}; //种子副本数组,并作为返回值返回 106 for (unsigned int Bcount = 0; Bcount < LoopNumber; ++Bcount) //分组大循环开始 107 { 108 /*进入4次计算的小循环*/ 109 for (unsigned short Lcount = 0; Lcount < 4;) 110 { 111 AccLoop(++Lcount, lGroup, &md5Buff[Bcount * 64]); 112 } 113 /*数据相加作为下一轮的种子或者最终输出*/ 114 A = (lGroup[0] += A); 115 B = (lGroup[3] += B); 116 C = (lGroup[2] += C); 117 D = (lGroup[1] += D); 118 } 119 /*转换内存中的布局后才能正常显示*/ 120 ltob(lGroup[0]); 121 ltob(lGroup[1]); 122 ltob(lGroup[2]); 123 ltob(lGroup[3]); 124 delete[] md5Buff; //清除内存并返回 125 return lGroup; 126 }
再给出调用实例（以win32控制台应用程序为例）：
#main.cpp
1 #include2 #include <string.h> 3 #include 4 #include "MD5.h" 5 6 int main(int argc, char **argv) 7 { 8 char tmpstr[256], buf[4][10]; 9 std::cout << "请输入要加密的字符串："; 10 std::cin >> tmpstr; 11 unsigned int* tmpGroup = MD5(tmpstr); 12 sprintf_s(buf[0], "%8X", tmpGroup[0]); 13 sprintf_s(buf[1], "%8X", tmpGroup[3]); 14 sprintf_s(buf[2], "%8X", tmpGroup[2]); 15 sprintf_s(buf[3], "%8X", tmpGroup[1]); 16 std::cout <<"MD5:"<< buf[0] << buf[1] << buf[2] << buf[3] << std::endl; 17 18 delete[] tmpGroup; 19 return 0; //在此下断点才能看到输出的值 20 }
拓展
0xfffffff代表的含义:
0x:代表16进制;
一个f代表:4个1,即(1111);
所以0xffffffff代表:8组4个1
1111 - 1111 - 1111 - 1111 - 1111 - 1111 - 1111 - 1111- 1
- 2
所以刚才的0xffffff82就是前面6组都是1,后面两组是
1111 - 1111 - 1111 - 1111 - 1111 - 1111 - 0111 - 0010- 1
- 2
所以先与上0x000000ff,即
0000 - 0000 - 0000 - 0000 - 0000 - 0000 - 1111 - 1111- 1
- 2
就得到了82了
上面的方法也可以写写成:
for (int i = 0; i < digest.length; i++) {
//摘要字节数组中各个字节的"十六进制"形式.
String s1 = Integer.toHexString( digest[i]);
//如果是8个长度的,把前面的6个f去掉,只获取后面的
if (s1.length() == 8) {
s1 = s1.substring(6);
}
if (s1.length() == 1) {
s1 = "0" + s1;
}
MD5 += s1;
}