MD5算法

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　　 Message Digest Algorithm MD5（消息摘要算法第五版）是计算机安全领域广泛使用的一种散列函数，用以提供消息的完整性保护。该算法的文件号为RFC 1321。主要用于一致性验证、数字证书、安全访问认证等方面。

　　在介绍算法原理之前，先介绍下字节序的常识：

　　所谓字节序，就是多字节数据在内存中或者网络传输时字节的存储顺序。分为小端字节序、大端字节序、网络字节序。

　　小端字节序（ Little endian）：低位内存存放数据低位字节，高位内存存放数据高位字节。

　　大端字节序（ Big    endian）：低位内存存放数据高位字节，高位内存存放数据低位字节。

　　网络字节序：网络字节顺序是TCP/IP中规定好的一种数据表示格式，它与具体的CPU类型、OS等无关，从而可以保证数据在不同主机之间传输时能够被正确解释。网络字节顺序采用Big endian排序方式。

　　MD5加密算法概述：MD5算法以512位（Bit）分组为一个计算单元来处理输入信息。每个512位分组再分成16个32位子分组，用这16个子分组与初始链接变量（4个32位分组）运行H_md5算法（4轮循环总共64步）后得到这个计算单元的运算结果（4个32位分组）；用该运算结果与下个计算单元继续运行H_md5算法，以此类推，得到最后一个计算单元的4个32位分组运算结果，将这4个32位分组级联就得到最后的MD5运算结果（128位散列值）。具体步骤如下所述：

　　1. 填充输入信息

　　首先，在输入信息的后面填充一个1和若干个0，使得信息的位长对512求余得448；然后，在这个结果后面附加一个64位二进制表示的填充前信息长度。此时，信息的位长位512的整数倍。

　　2.第一个分组执行H_md5算法流程

　　（1）初始链接变量，以大端字节序表示：

　　A=0x01234567，B=0x89ABCDEF，C=0xFEDCBA98，D=0x76543210

　　（2）每个512位分组计算流程：

　　首先将A,B,C,D分别复制到a,b,c,d。每轮循环16步（对应512位分组的16个子分组），四轮循环都很相似，这里只介绍第一轮循环，其余的类推。

　　第一轮循环16步，每步对a,b,c,d中的其中三个做一次非线性函数运算，然后将所得结果加上第四个变量、计算单元的一个子分组、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。　

　　4个非线性函数：

　　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))

　　用表达式来表示上述算法：

　　FF(a,b,c,d,Mj,s,ti） 表示 a = b + ((a + F(b,c,d) + Mj + ti) << s)

　　GG(a,b,c,d,Mj,s,ti）表示 a = b + ((a + H(b,c,d) + Mj + ti) << s)

　　HH(a,b,c,d,Mj,s,ti）表示 a = b + ((a + G(b,c,d) + Mj + ti) << s)

　　II（a,b,c,d,Mj,s,ti）表示 a = b + ((a + I(b,c,d) + Mj + ti) << s)

（其中M_j表示512位分组的第j（0~15）个子分组，常数ti是4294967296*abs(sin(i)）的整数部分，i取值从1到64，单位是弧度。4294967296等于2的32次方）

这四轮循环如下所示：

第一轮：

FF(a,b,c,d,M0,7,0xd76aa478）

FF(d,a,b,c,M1,12,0xe8c7b756）

FF(c,d,a,b,M2,17,0x242070db）

FF(b,c,d,a,M3,22,0xc1bdceee）

FF(a,b,c,d,M4,7,0xf57c0faf）

FF(d,a,b,c,M5,12,0x4787c62a）

FF(c,d,a,b,M6,17,0xa8304613）

FF(b,c,d,a,M7,22,0xfd469501）

FF(a,b,c,d,M8,7,0x698098d8）

FF(d,a,b,c,M9,12,0x8b44f7af）

FF(c,d,a,b,M10,17,0xffff5bb1）

FF(b,c,d,a,M11,22,0x895cd7be）

FF(a,b,c,d,M12,7,0x6b901122）

FF(d,a,b,c,M13,12,0xfd987193）

FF(c,d,a,b,M14,17,0xa679438e）

FF(b,c,d,a,M15,22,0x49b40821）

第二轮：

GG(a,b,c,d,M1,5,0xf61e2562）

GG(d,a,b,c,M6,9,0xc040b340）

GG(c,d,a,b,M11,14,0x265e5a51）

GG(b,c,d,a,M0,20,0xe9b6c7aa）

GG(a,b,c,d,M5,5,0xd62f105d）

GG(d,a,b,c,M10,9,0x02441453）

GG(c,d,a,b,M15,14,0xd8a1e681）

GG(b,c,d,a,M4,20,0xe7d3fbc8）

GG(a,b,c,d,M9,5,0x21e1cde6）

GG(d,a,b,c,M14,9,0xc33707d6）

GG(c,d,a,b,M3,14,0xf4d50d87）

GG(b,c,d,a,M8,20,0x455a14ed）

GG(a,b,c,d,M13,5,0xa9e3e905）

GG(d,a,b,c,M2,9,0xfcefa3f8）

GG(c,d,a,b,M7,14,0x676f02d9）

GG(b,c,d,a,M12,20,0x8d2a4c8a）

第三轮：

HH(a,b,c,d,M5,4,0xfffa3942）

HH(d,a,b,c,M8,11,0x8771f681）

HH(c,d,a,b,M11,16,0x6d9d6122）

HH(b,c,d,a,M14,23,0xfde5380c）

HH(a,b,c,d,M1,4,0xa4beea44）

HH(d,a,b,c,M4,11,0x4bdecfa9）

HH(c,d,a,b,M7,16,0xf6bb4b60）

HH(b,c,d,a,M10,23,0xbebfbc70）

HH(a,b,c,d,M13,4,0x289b7ec6）

HH(d,a,b,c,M0,11,0xeaa127fa)

HH(c,d,a,b,M3,16,0xd4ef3085）

HH(b,c,d,a,M6,23,0x04881d05）

HH(a,b,c,d,M9,4,0xd9d4d039）

HH(d,a,b,c,M12,11,0xe6db99e5）

HH(c,d,a,b,M15,16,0x1fa27cf8）

HH(b,c,d,a,M2,23,0xc4ac5665）

第四轮：

　　II（a,b,c,d,M0,6,0xf4292244）

II（d,a,b,c,M7,10,0x432aff97）

II（c,d,a,b,M14,15,0xab9423a7）

II（b,c,d,a,M5,21,0xfc93a039）

II（a,b,c,d,M12,6,0x655b59c3）

II（d,a,b,c,M3,10,0x8f0ccc92）

II（c,d,a,b,M10,15,0xffeff47d）

II（b,c,d,a,M1,21,0x85845dd1）

II（a,b,c,d,M8,6,0x6fa87e4f）

II（d,a,b,c,M15,10,0xfe2ce6e0）

II（c,d,a,b,M6,15,0xa3014314）

II（b,c,d,a,M13,21,0x4e0811a1）

II（a,b,c,d,M4,6,0xf7537e82）

II（d,a,b,c,M11,10,0xbd3af235）

II（c,d,a,b,M2,15,0x2ad7d2bb）

II（b,c,d,a,M9,21,0xeb86d391）

四轮循环完成之后，将A,B,C,D分别加上a,b,c,d: A += a, B += b, C += c, D += d。

　　3.用下一分组继续执行H_md5算法。

　　4.将最后一个分组的4个32位分组运算结果级联成128位散列值。

　　到这里，MD5算法就结束了。算法很复杂，不过都是计算机干的事情，我们只要会用就行了。

　　附上nginx中MD5源码实现，有兴趣的读者可以看看。

MD5算法

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