MD5加密原理
目录
简介
MD5 算法底层原理：
第一步:处理原文
第二步:设置初始值
第三步:循环处理分组数据
参数及函数
第四步:拼接结果
代码实现:
java 实现MD5加密原理
使用Java自带的MessageDigest工具类实现
简介
MD5的全称是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开发出来，经MD2、MD3和MD4发展而来。
MD5 算法底层原理：
简单概括起来，MD5 算法的过程分为四步：处理原文，设置初始值，循环处理分组数据，拼接结果。
总体流程如下图所示，表示第i个分组，每次的运算都由前一轮的128位结果值和第i块512bit值进行运算。
第一步:处理原文
首先，我们计算出原文长度(bit)对 512 求余的结果，如果不等于 448，就需要填充原文使得原文对 512 求余的结果等于 448。填充的方法是第一位填充 1，其余位填充 0。填充完后，信息的长度就是 512*N+448。
之后，用剩余的位置（512-448=64 位）记录原文的真正长度，把长度的二进制值补在最后。这样处理后的信息长度就是 512*(N+1)。
第二步:设置初始值
MD5 的哈希结果长度为 128 位，按每 32 位分成一组共 4 组。这 4 组结果是由 4 个初始值 A、B、C、D 经过不断演变得到。MD5 的官方实现中，A、B、C、D 的初始值如下（16 进制）：
A=0x01234567
B=0x89ABCDEF
C=0xFEDCBA98
D=0x76543210
它们称为链接变量（chaining variable）
第三步:循环处理分组数据
一共进行多少次循环呢？由处理后的原文长度决定。
假设处理后的原文长度是 M(bit)
主循环次数 = M / 512
每个主循环中包含 512 / 32 * 4 = 64 次 子循环
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。
参数及函数
1.F非线性函数.官方 MD5 所用到的函数有四种：
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))
(&是与,|是或,~是非,^是异或)
这些函数是这样设计的：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。
函数F是按逐位方式操作：如果X，那么Y，否则Z。函数H是逐位奇偶操作符。
在主循环下面 64 次子循环中，F、G、H、I 交替使用，第一轮 16 次使用 F，第二轮 16 次使用 G，第三轮 16 次使用 H，第四轮 16 次使用 I。
2.Mj
Mj是第一步处理后的原文。在第一步中，处理后原文的长度是 512 的整数倍。把原文的每 512 位再分成 16 等份，命名为 M0~M15，每一等份长度 32。在 64 次子循环中，每 16 次循环，都会交替用到 M1~M16 之一。
3.ti
一个常量，在 64 次子循环中，每一次用到的常量都是不同的。
常数ti可以如下t选择：
在第i步中，ti是4294967296(2的32次方)*abs(sin(i))的整数部分,i的单位是弧度。
4.<< 左移 S 位，S 的值也是常量。 命名规则(s+方法名+第N个数) SFF1=7; SFF2=12, SFF3=17; SFF4=22; SGG1=5; SGG2=9, SGG3=14; SGG4=20; SHH1=4; SHH2=11, SHH3=16; SHH4=23; SⅡ1=6; SⅡ2=10, SⅡ3=15; SⅡ4=21; 设Mj表示消息的第j个子分组（从0到15），<< FF(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+(F(b,c,d)+Mj+ti)<< GG(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+(G(b,c,d)+Mj+ti)<< HH(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+(H(b,c,d)+Mj+ti)<< II(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+(I(b,c,d)+Mj+ti)<< 总结一下主循环中的 64 次子循环，可以归纳为下面的四轮： 这四轮（64步）是： 第一轮： FF(a,b,c,d,M0,7,0xd76aa478） s[0]=7, K[0] = 0xd76aa478 FF(a,b,c,d,M1,12,0xe8c7b756） s[1]=12, K[1] = 0xe8c7b756 FF(a,b,c,d,M2,17,0x242070db) FF(a,b,c,d,M3,22,0xc1bdceee) FF(a,b,c,d,M4,7,0xf57c0faf) FF(a,b,c,d,M5,12,0x4787c62a) FF(a,b,c,d,M6,17,0xa8304613） FF(a,b,c,d,M7,22,0xfd469501） FF(a,b,c,d,M8,7,0x698098d8） FF(a,b,c,d,M9,12,0x8b44f7af) FF(a,b,c,d,M10,17,0xffff5bb1） FF(a,b,c,d,M11,22,0x895cd7be) FF(a,b,c,d,M12,7,0x6b901122） FF(a,b,c,d,M13,12,0xfd987193） FF(a,b,c,d,M14,17, 0xa679438e) FF(a,b,c,d,M15,22,0x49b40821） 第二轮： GG(a,b,c,d,M1,5,0xf61e2562） GG(a,b,c,d,M6,9,0xc040b340） GG(a,b,c,d,M11,14,0x265e5a51） GG(a,b,c,d,M0,20,0xe9b6c7aa) GG(a,b,c,d,M5,5,0xd62f105d) GG(a,b,c,d,M10,9,0×02441453） GG(a,b,c,d,M15,14,0xd8a1e681） GG(a,b,c,d,M4,20,0xe7d3fbc8） GG(a,b,c,d,M9,5,0x21e1cde6） GG(a,b,c,d,M14,9,0xc33707d6） GG(a,b,c,d,M3,14,0xf4d50d87） GG(a,b,c,d,M8,20,0x455a14ed) GG(a,b,c,d,M13,5,0xa9e3e905） GG(a,b,c,d,M2,9,0xfcefa3f8） GG(a,b,c,d,M7,14,0x676f02d9） GG(a,b,c,d,M12,20,0x8d2a4c8a) 第三轮： HH(a,b,c,d,M5,4,0xfffa3942） HH(a,b,c,d,M8,11,0x8771f681） HH(a,b,c,d,M11,16,0x6d9d6122） HH(a,b,c,d,M14,23,0xfde5380c) HH(a,b,c,d,M1,4,0xa4beea44） HH(a,b,c,d,M4,11,0x4bdecfa9） HH(a,b,c,d,M7,16,0xf6bb4b60） HH(a,b,c,d,M10,23,0xbebfbc70） HH(a,b,c,d,M13,4,0x289b7ec6） HH(a,b,c,d,M0,11,0xeaa127fa) HH(a,b,c,d,M3,16,0xd4ef3085） HH(a,b,c,d,M6,23,0x04881d05） HH(a,b,c,d,M9,4,0xd9d4d039） HH(a,b,c,d,M12,11,0xe6db99e5） HH(a,b,c,d,M15,16,0x1fa27cf8） HH(a,b,c,d,M2,23,0xc4ac5665） 第四轮： Ⅱ（a,b,c,d,M0,6,0xf4292244） Ⅱ（a,b,c,d,M7,10,0x432aff97） Ⅱ（a,b,c,d,M14,15,0xab9423a7） Ⅱ（a,b,c,d,M5,21,0xfc93a039） Ⅱ（a,b,c,d,M12,6,0x655b59c3） Ⅱ（a,b,c,d,M3,10,0x8f0ccc92） Ⅱ（a,b,c,d,M10,15,0xffeff47d) Ⅱ（a,b,c,d,M1,21,0x85845dd1） Ⅱ（a,b,c,d,M8,6,0x6fa87e4f) Ⅱ（a,b,c,d,M15,10,0xfe2ce6e0) Ⅱ（a,b,c,d,M6,15,0xa3014314） Ⅱ（a,b,c,d,M13,21,0x4e0811a1） Ⅱ（a,b,c,d,M4,6,0xf7537e82） Ⅱ（a,b,c,d,M11,10,0xbd3af235） Ⅱ（a,b,c,d,M2,15,0x2ad7d2bb) Ⅱ（a,b,c,d,M9,21,0xeb86d391） 所有这些完成之后，将A，B，C，D分别加上a，b，c，d。然后用下一分组数据继续运行算法，最后的输出是A，B，C和D的级联。 对比两个代码结果是一致的,到此基本实现MD5算法原理.第四步:拼接结果
代码实现:
java 实现MD5加密原理
import java.util.Arrays;
public class MD5 {
//static final String hexs[]={"0","1","2","3","4","5","6","7","8","9","A","B","C","D","E","F"};
//标准的幻数
private static final int A=0x67452301;
private static final int B=0xefcdab89;
private static final int C=0x98badcfe;
private static final int D=0x10325476;
//下面这些S11-S44实际上是一个4*4的矩阵，在四轮循环运算中用到
static final int S11 = 7;
static final int S12 = 12;
static final int S13 = 17;
static final int S14 = 22;
static final int S21 = 5;
static final int S22 = 9;
static final int S23 = 14;
static final int S24 = 20;
static final int S31 = 4;
static final int S32 = 11;
static final int S33 = 16;
static final int S34 = 23;
static final int S41 = 6;
static final int S42 = 10;
static final int S43 = 15;
static final int S44 = 21;
//java不支持无符号的基本数据（unsigned）
private int [] result={A,B,C,D};//存储hash结果，共4×32=128位，初始化值为（幻数的级联）
//此重载方法是将传入的字符串加点特色(比如密码加密可以连同将用户名加入一起加密,这样就算密码和别人一样加密后的结果也不一样)
private byte[] digest(String inputStr ,String salt) {
return digest(salt+inputStr);
}
private byte[] digest(String inputStr){
byte [] inputBytes=inputStr.getBytes();//将字符串转化成字节数组
int byteLen=inputBytes.length;//长度（字节）
int groupCount=0;//完整分组的个数
groupCount=byteLen/64;//每组512位（64字节）
int []groups=null;//每个小组(64字节)再细分后的16个小组(4字节)
//处理每一个完整分组
for(int step=0;step使用Java自带的MessageDigest工具类实现
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Arrays;
public class Md5Test {
public static void main(String[] args) throws IOException {
String s = "123";
String md5 = Md5(s);
Md5("francis123");
// File file = new File("D:/0439 - 副本.jpg");
// Md5(file);
// System.out.println("完成");
}
/**
*
* @param str 要加密的字符串
* @return
*/
public static String Md5(String str) {
//获取md5对象
MessageDigest md5 = null;
try {
md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
}
//将字符串转换为字节数组
byte[] bytes = str.getBytes();
//清除默认缓存
md5.reset();
//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);
//打印摘要数组信息
System.out.println("摘要数组长度:"+digest.length);
System.out.println("摘要数组内容:"+Arrays.toString(digest));
StringBuffer hexValue = new StringBuffer();
//把摘要数组的每一个字节转换成16进制
for (int i = 0; i < digest.length; i++) {
//将字节数组转换为16进制字符串
String hexString = Integer.toHexString(digest[i] & 0xff);
//如果字符长度小于2,先追加一个0
if(hexString.length() == 1) {
hexValue.append("0");
}
//追加
hexValue.append(hexString);
}
return hexValue.toString();
}
public static void Md5(File file) throws IOException {
MessageDigest md5 = null;
try {
md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
}
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(file, "rw");
byte[] buff = new byte[16];
int len;
while(( len = raf.read(buff)) != -1) {
md5.reset();
md5.update(buff, 0, len);
byte[] digest = md5.digest();
raf.seek(raf.getFilePointer()-len);
raf.write(digest);
//raf.seek(raf.getFilePointer()+len-digest.length);
//raf.skipBytes((int) (raf.getFilePointer()+len-digest.length));
}
raf.close();
}
//可逆的加密算法,加盐加密
public static String KL(String str) {
char[] charArray = str.toCharArray();
for (int i = 0; i < charArray.length; i++) {
charArray[i] = (char) (charArray[i] ^ 't');
}
String s = new String(charArray);
return s;
}
}
//结果:
//摘要数组长度:16
//摘要数组内容:[32, 44, -71, 98, -84, 89, 7, 91, -106, 75, 7, 21, 45, 35, 75, 112]
//摘要数组长度:16
//摘要数组内容:[-115, 112, -101, 75, 100, 97, -82, -10, 20, 82, -102, -125, -40, -125, -58, 75]