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 }
注:以上代码在VS2013上编译通过