MD5

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MD5之父Ronald Rivest

MD5即Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法 5），用于确保信息传输完整一致。是计算机广泛使用的雜湊算法之一(又译摘要算法、哈希算法)，主流编程语言普遍已有MD5实现。

将数据(如汉字)运算为另一固定长度值是雜湊算法的基础原理，MD5的前身有MD2、MD3和MD4。

[编辑] 历史与密码学

1992年8月Ronald L. Rivest在向IETF提交了一份重要文件，描述了这种算法的原理，由于这种算法的公开性和安全性，在90年代被广泛使用在各种程序语言中，用以確保资料傳遞無誤等。

MD5由MD4、MD3、MD2改进而来，主要增强算法复杂度和不可逆性。

[编辑] 弱点

MD5较老，散列长度通常为128位，随着计算机运算能力提高，找到“碰撞”是可能的。因此，在少数安全要求高的场合不使用MD5。

[编辑] 应用

[编辑] 算法

Figure 1. 一个MD5运算— 由类似的64次循环构成,分成4组16次. F 一个非线性函数; 一个函数运算一次. M_i 表示一个 32-bit 字节的输入数据, K_i 表示一个 32-bit 常数, 用来完成每次不同的计算.

MD5算法以16个32位子分组即512位分组来提供数据雜湊，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位散列。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。

$F(X,Y,Z) = (X\wedge{Y}) \vee (\neg{X} \wedge{Z})$

$G(X,Y,Z) = (X\wedge{Z}) \vee (Y \wedge \neg{Z})$

$H(X,Y,Z) = X \oplus Y \oplus Z$

$I(X,Y,Z) = Y \oplus (X \vee \neg{Z})$

$\oplus, \wedge, \vee, \neg$ 是 XOR, AND, OR , NOT 的符号。

[编辑] 伪代码

//Note: All variables are unsigned 32 bits and wrap modulo 2^32 when calculating
var int[64] r, k

//r specifies the per-round shift amounts
r[ 0..15] := {7, 12, 17, 22,  7, 12, 17, 22,  7, 12, 17, 22,  7, 12, 17, 22} 
r[16..31] := {5,  9, 14, 20,  5,  9, 14, 20,  5,  9, 14, 20,  5,  9, 14, 20}
r[32..47] := {4, 11, 16, 23,  4, 11, 16, 23,  4, 11, 16, 23,  4, 11, 16, 23}
r[48..63] := {6, 10, 15, 21,  6, 10, 15, 21,  6, 10, 15, 21,  6, 10, 15, 21}

//Use binary integer part of the sines of integers as constants:
for i from 0 to 63
    k[i] := floor(abs(sin(i + 1)) × 2^32)

//Initialize variables:
var int h0 := 0x67452301
var int h1 := 0xEFCDAB89
var int h2 := 0x98BADCFE
var int h3 := 0x10325476

//Pre-processing:
append "1" bit to message
append "0" bits until message length in bits ≡ 448 (mod 512)
append bit length of message as 64-bit little-endian integer to message

//Process the message in successive 512-bit chunks:
for each 512-bit chunk of message
    break chunk into sixteen 32-bit little-endian words w[i], 0 ≤ i ≤ 15

    //Initialize hash value for this chunk:
    var int a := h0
    var int b := h1
    var int c := h2
    var int d := h3

    //Main loop:
    for i from 0 to 63
        if 0 ≤ i ≤ 15 then
            f := (b and c) or ((not b) and d)
            g := i
        else if 16 ≤ i ≤ 31
            f := (d and b) or ((not d) and c)
            g := (5×i + 1) mod 16
        else if 32 ≤ i ≤ 47
            f := b xor c xor d
            g := (3×i + 5) mod 16
        else if 48 ≤ i ≤ 63
            f := c xor (b or (not d))
            g := (7×i) mod 16
 
        temp := d
        d := c
        c := b
        b := ((a + f + k[i] + w[g]) leftrotate r[i]) + b
        a := temp

    //Add this chunk's hash to result so far:
    h0 := h0 + a
    h1 := h1 + b 
    h2 := h2 + c
    h3 := h3 + d

var int digest := h0 append h1 append h2 append h3 //(expressed as little-endian)

[编辑] MD5散列

一般128位的MD5散列被表示为32位十六进制数字。以下是一个43位长ASCII字母列的MD5散列：

MD5("The quick brown fox jumps over the lazy dog")
= 9e107d9d372bb6826bd81d3542a419d6

即使在原文中作一个小变化（比如用c取代d）其散列也会发生巨大的变化：

MD5("The quick brown fox jumps over the lazy cog")
= 1055d3e698d289f2af8663725127bd4b

空文的散列为：

MD5("")
= d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e

[编辑] 参见

[编辑] 参考文献

Berson, Thomas A. (1992). "Differential Cryptanalysis Mod 2³² with Applications to MD5". EUROCRYPT: 71–80. ISBN 3-540-56413-6.

Bert den Boer; Antoon Bosselaers (1993). Collisions for the Compression Function of MD5, 293–304. ISBN 3-540-57600-2.

Hans Dobbertin, Cryptanalysis of MD5 compress. Announcement on Internet, May 1996 [1].
Dobbertin, Hans (1996). "The Status of MD5 After a Recent Attack". CryptoBytes 2 (2).