【正文】 MD5加密算法探究及其應用引言MD5加密算法作為一種免費的加密算法，廣泛地應用于計算機，數(shù)據(jù)安全傳輸，數(shù)字簽名認證等安全領域．MD5的全稱是MessageDigest Algorithm 5（信息摘要算法），是由Ron Rivest （RSA 算法的發(fā)明人之一，于2002年獲得圖靈獎）于90年代初提出，經(jīng)MD2，MD3和MD4發(fā)展而來的．Rivest 最早于1989年提出了MD2算法針對8位計算機做了優(yōu)化，為了提高算法的安全性與穩(wěn)定性，Rivest在1990年又開發(fā)出MD4算法，但人們很快發(fā)現(xiàn)了MD4算法的漏洞．隨后在1991年，Rivest開發(fā)出來技術上更加穩(wěn)定安全更趨于成熟的MD5算法．1993年，美國國家標準和技術協(xié)會（NIST）提出了安全散列算法（SHA）．1995年又發(fā)布了一個修訂版，所以彼此很相似．相應的，它們的強度和其他特征也是相似的．2004年8月17日于美國加州圣巴巴拉召開的國際密碼學會議（Crypto 2004）上，來自山東大學的王小云教授做了破譯MD5，HAVAL128，MD4和RIPEMD算法的報告，宣告了MD系列算法的破解．對于一個進行身份認證的摘要算法來說，MD5已經(jīng)是不安全了，但是很多實際的應用領域MD5還有它的使用價值的，所以我們分析探究它的加密原理，我們在此基礎上對它的加密進行改進利用，對于我們今后的加密安全工作還是很有幫助的． Hash函數(shù)Hash函數(shù)是一種將任意長度的信息壓縮到某一固定長度的消息摘要的函數(shù)，又稱Hash算法．Hash函數(shù)必須滿足一定的安全條件．這里主要介紹三個主要的方面：單向性，弱抗碰撞性，強碰撞性．單向性是指對Hash函數(shù)h而言，又x計算h（x）是容易的，但從h（x）計算x是不可行的．一個弱碰撞的Hash函數(shù)是滿足下列條件的一個函數(shù)h： h的輸入 可以是任意長度的消息或文件ph的輸出長度是固定的給定h和M，計算h（p）是很容易的給定h和一個隨機選擇的消息p1，找到另一個消息p2，p1p2使得h（p1）=h（p2）計算上是不可行的．一個強碰撞的Hash函數(shù)是滿足下列條件的一個函數(shù)h：h的輸入 可以是任意長度的消息或文件ph的輸出長度是固定的給定h和M，計算h（p）是很容易的給定h，找到兩個不同的消息p1，p2 ，使得h（p1）=h（p2）在計算上是不可行的．（如果有兩個不同的消息M，M，使得h（M）=h（M），我們就說這兩個消息是碰撞的） 16進制的相關知識十六進制在數(shù)學中是一種逢16進1的進位制，一般用數(shù)字0到9和字母A到F表示（AF表示1015）．十六進制轉(zhuǎn)換成二進制的比特流（第一列16進制，第二列2進制）0123456789ABCDEF0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111例如：十六進制為9FD，那么在計算機中二進制表示100111111101（9=1001，F(xiàn)=1111，D=1101） 邏輯運算① 邏輯“與”運算，用“”表示真值表表示為pq111100010000二進制按位邏輯“與”運算，即逐位進行邏輯“與”運算，并將逐位邏輯運算的結(jié)果進行組合得到的結(jié)果．例如①：如果 ，那么例如②：如果，那么首先把轉(zhuǎn)換為二進制為；其次把轉(zhuǎn)換而二進制位；最后按位進行邏輯“與”運算結(jié)果為② 邏輯“或”運算，用“|”表示真值表表示為：pq|111101011000③ 邏輯“異或”運算，用“”表示真值表表示為：pq110101011000④ 邏輯“取反”運算二進制數(shù)的所有0改為,1改為0,這個過程叫“取反”例如：如果，那么 模運算基本概念給定一個正整數(shù)，任意一個整數(shù)，一定存在等式 ；其中是整數(shù)，且，稱為除以的商，為除以的余數(shù)．對于正整數(shù)和整數(shù)，定義如下運算： 　　模加法： ，其結(jié)果是算術和除以的余數(shù)，也就是說，則例如：，那么（注這里“+”是模加法運算）首先將轉(zhuǎn)換為二進制為；其次將轉(zhuǎn)換為二進制為 然后逐位相加結(jié)果為22111111121011212021021102121110因為實行的是二進制數(shù)據(jù)，逢2向前一位進1，所以最終結(jié)果為：111000000001100100110001111001110，這個結(jié)果的十進制是：，然后模，結(jié)果為，它的二進制表示為：110000000011001001100011110011102. MD5加密算法的原理簡單的說，MD5加密以512位分組來處理輸入的信息，且每一分組又被劃分為16個32位子分組，經(jīng)過一系列的處理后，算法的輸出有4個32位分組組成，將這4個32位分組級聯(lián)后將生成一個128位散列值．第一步：消息的填充如果輸入的消息的長度（以bit位單位）對512求余的結(jié)果不等于448，就需要填充使得對512求余的結(jié)果等于448，填充的方法是附加一個“1”在消息后面，再補充多個“0”，然后在其后附上64比特的消息長度（填充前）的二進制表示．這兩步的作用是使最終填充后的消息恰好是512比特的整倍長，同時確保不同的消息在填充后不會相同．第二步:記錄消息長度用64位來存儲填充前消息長度，這64位加在第一步結(jié)果的后面，這樣消息長度就變?yōu)镹*512+448+64=（N+1）*512（bits）．第三步：加載初始標準數(shù)據(jù)算法中使用了四個32比特的變量A，B，C，D，先將這四個變量初始化為： 稱它們?yōu)殒溄幼兞浚又M行算法的主循環(huán)，循環(huán)的次數(shù)是消息中512比特的塊的數(shù)目．將上面四個標準變量復制到另外四個變量中：A到a，B到b，C到c，D到d第四步：四輪循環(huán)運算循環(huán)的次數(shù)是分組的個數(shù)（N+1），每輪循環(huán)都很相似，每次操作對abcd中的其中三個作一次非線性函數(shù)運算，然后將所得的結(jié)果加上第四個變量，文本的一個子分組和一個常數(shù)，再將所得結(jié)果向左位移一個不定的數(shù)，并加上a，b，c，d中之一，最后用該結(jié)果取代a，b，c，d中之一．設XY表示輸入的塊，下面描述一些運算：(1)表示與按位邏輯“與”運算(2)表示與按位邏輯“或”運算(3)表示與按位邏輯“異或”運算(4)表示的按位邏輯取“反”(5)+表示整數(shù)模加法運算(6)表示將循環(huán)左移個單位有四個非線性函數(shù)，每輪一個這四個函數(shù)的說明:如果，,的對應的位是獨立和均勻的，那么結(jié)果的每一位也應該是均勻的．其中是一個逐位運算的函數(shù)，即，如果,那么，否則．函數(shù)是逐位奇偶操作符．（其中“”是邏輯“與”運算，“|”是邏輯“或”運算，“”邏輯“異或”運算，“”邏輯“取反”運算）四輪運算是：假設表示消息的第個子分組（從0到15），表示循環(huán)左移位表示表示表示表示　　這四輪（64步）是:第一輪⑴ ⑵ ⑶ ⑷ ⑸　　　 ⑹ ⑺ ⑻ ?、汀　? ⑽ ⑾ ⑿ ?、选　? ⒁ ⒂ ⒃ 第二輪⑴ ⑵⑶ ⑷?、伞　　? ⑹⑺ ⑻⑼ ⑽⑾ ⑿⒀ ⒁⒂ ⒃第三輪⑴ ⑵⑶ ⑷⑸ ⑹⑺ ⑻⑼ ⑽⑾ ⑿⒀ ⒁⒂ ⒃第四輪⑴ ⑵　⑶　 ⑷⑸ ⑹⑺ ⑻⑼ ⑽⑾ ⑿⒀ ⒁⒂ ⒃其中常數(shù)可以如下選擇：在第步中，是的整數(shù)部分，的單位是弧度．等于的次方．所有這些完成之后，將A、B、C、D分別加上a、b、c、d．然后用下一分組數(shù)據(jù)繼續(xù)運行算法，最后的輸出是A、B、C和D的級聯(lián)．例如：計算解：　不妨假設：要加密的信息為abc，其比特串為01100001 01100010 01100011它的長度是24位，于是添加1個“1”，423個“0”，再加上64比特串（24）=00000000 00000018即x=01100001 01100010 01100011 1 0…0 00000000 00000018,共512比特，只有16分組為，所以有=00000000=00000018首先計算出A==0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111=B==1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111=C==1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000=D==0111 0110 0101 0100 0011 0010 000