MD5算法详解及实现（C语言）

其他现代密码学算法详解及实现见专栏合集~

MD5算法

算法过程

（i）消息填充

首先填充消息，使它的长度比512的整数倍少64位（这64位用来记录原数据长度）。填充的内容由一个1和后续的0组成。必须进行补位，即使一开始就满足。

（ii）分组

将该填充过的消息分成L组，每组有512位，即一个64字节的组，再将每组表示为16个32位（4字节）。

（iii）缓冲区初始化

即生成四个幻数，用来做循环计算的初始值，即：

A=01234567（0x67452301）

B=89ABCDEF（0xEFCDAB89）

C=FEDCBA98（0x98BADCEF）

D=76543210（0x10325476）

（iv）迭代（重难点）

首先确定逻辑函数，共有4个逻辑函数FF,GG,HH,II，每个函数都有七个输入：gA, B, C, D, X, S, Ti

其中A,B,C,D为幻数，X为一个32位（4字节）数据，S，Ti是常数。其中Ti是一个伪随机过程，用于消除输入数据的规律性，S为每一轮将A这个字符串左移的位数。

通过与或非抑或，加法运算和移位运算来改变第一个参数的值。

这个四个函数按照一定的顺序，在一个分组中分别运行了16次。FF,GG,HH,II,函数分别运行16次。

在一步迭代中，将B,C,D带入一个基本逻辑函数中计算，使其结果和A相加，再将这个结果和Ti相加，将得到的结果左移S位，和B相加传输给B，作为新的B。原本B的值不变传输给C，C的传输给D，D的传输给A，开启下一轮迭代。

以此类推进行16轮迭代后完成第一大组的迭代，得到四个更新后的幻数，将它们分别与第一轮的输入相加，得到四个新的幻数A’,B’,C’,D’，并将它们作为下一轮的四个标准幻数输入下一组的Hmd5处理。

（v）输出

在16组的迭代全部结束后，会得到四个幻数A64, B64, C64, D64，并将它们按顺序排列用十六进制显示出来，就是最终的MD5结果，即摘要。

算法设计的目标

扩散：让密文中的每一位受明文中的许多位的影响；

混淆：就是将密文与密钥之间的统计关系变得尽可能复杂，使得对手即使获取了关于密文的一些统计特性，也无法推测密钥。

雪崩效应：无论密钥或明文的任何细微变化都应当引起密文的剧烈改变。输入中的一位发生变化，HASH值中将有至少一半发生变化。

抗碰撞性：寻找任何的(M1,M2),使H(M1)=H(M2)在计算上不可行，防范生日攻击。

主要参数

生成的摘要值为128位。

优势：既可以保证消息的完整性，又使得加密和解密不会为通信系统带来太大的负担。

代码实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <memory.h>
#include "md5.h"unsigned char PADDING[] = {0x80,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};void MD5Init(MD5_CTX* context)
{context->count[0] = 0;context->count[1] = 0;context->state[0] = 0x67452301;context->state[1] = 0xEFCDAB89;context->state[2] = 0x98BADCFE;context->state[3] = 0x10325476;
}
void MD5Update(MD5_CTX* context, unsigned char* input, unsigned int inputlen)
{unsigned int i = 0, index = 0, partlen = 0;index = (context->count[0] >> 3) & 0x3F;partlen = 64 - index;context->count[0] += inputlen << 3;if(context->count[0] < (inputlen << 3))context->count[1]++;context->count[1] += inputlen >> 29;if(inputlen >= partlen){memcpy(&context->buffer[index], input, partlen);MD5Transform(context->state, context->buffer);for(i = partlen; i + 64 <= inputlen; i += 64)MD5Transform(context->state, &input[i]);index = 0;}else{i = 0;}memcpy(&context->buffer[index], &input[i], inputlen - i);
}
void MD5Final(MD5_CTX* context, unsigned char digest[16])
{unsigned int index = 0, padlen = 0;unsigned char bits[8];index = (context->count[0] >> 3) & 0x3F;padlen = (index < 56) ? (56 - index) : (120 - index);MD5Encode(bits, context->count, 8);MD5Update(context, PADDING, padlen);MD5Update(context, bits, 8);MD5Encode(digest, context->state, 16);
}
void MD5Encode(unsigned char* output, unsigned int* input, unsigned int len)
{unsigned int i = 0, j = 0;while(j < len){output[j] = input[i] & 0xFF;output[j + 1] = (input[i] >> 8) & 0xFF;output[j + 2] = (input[i] >> 16) & 0xFF;output[j + 3] = (input[i] >> 24) & 0xFF;i++;j += 4;}
}
void MD5Decode(unsigned int* output, unsigned char* input, unsigned int len)
{unsigned int i = 0, j = 0;while(j < len){output[i] = (input[j]) |(input[j + 1] << 8) |(input[j + 2] << 16) |(input[j + 3] << 24);i++;j += 4;}
}
void MD5Transform(unsigned int state[4], unsigned char block[64])
{unsigned int a = state[0];unsigned int b = state[1];unsigned int c = state[2];unsigned int d = state[3];unsigned int x[64];MD5Decode(x, block, 64);FF(a, b, c, d, x[0], 7, 0xd76aa478); /* 1 */FF(d, a, b, c, x[1], 12, 0xe8c7b756); /* 2 */FF(c, d, a, b, x[2], 17, 0x242070db); /* 3 */FF(b, c, d, a, x[3], 22, 0xc1bdceee); /* 4 */FF(a, b, c, d, x[4], 7, 0xf57c0faf); /* 5 */FF(d, a, b, c, x[5], 12, 0x4787c62a); /* 6 */FF(c, d, a, b, x[6], 17, 0xa8304613); /* 7 */FF(b, c, d, a, x[7], 22, 0xfd469501); /* 8 */FF(a, b, c, d, x[8], 7, 0x698098d8); /* 9 */FF(d, a, b, c, x[9], 12, 0x8b44f7af); /* 10 */FF(c, d, a, b, x[10], 17, 0xffff5bb1); /* 11 */FF(b, c, d, a, x[11], 22, 0x895cd7be); /* 12 */FF(a, b, c, d, x[12], 7, 0x6b901122); /* 13 */FF(d, a, b, c, x[13], 12, 0xfd987193); /* 14 */FF(c, d, a, b, x[14], 17, 0xa679438e); /* 15 */FF(b, c, d, a, x[15], 22, 0x49b40821); /* 16 *//* Round 2 */GG(a, b, c, d, x[1], 5, 0xf61e2562); /* 17 */GG(d, a, b, c, x[6], 9, 0xc040b340); /* 18 */GG(c, d, a, b, x[11], 14, 0x265e5a51); /* 19 */GG(b, c, d, a, x[0], 20, 0xe9b6c7aa); /* 20 */GG(a, b, c, d, x[5], 5, 0xd62f105d); /* 21 */GG(d, a, b, c, x[10], 9, 0x2441453); /* 22 */GG(c, d, a, b, x[15], 14, 0xd8a1e681); /* 23 */GG(b, c, d, a, x[4], 20, 0xe7d3fbc8); /* 24 */GG(a, b, c, d, x[9], 5, 0x21e1cde6); /* 25 */GG(d, a, b, c, x[14], 9, 0xc33707d6); /* 26 */GG(c, d, a, b, x[3], 14, 0xf4d50d87); /* 27 */GG(b, c, d, a, x[8], 20, 0x455a14ed); /* 28 */GG(a, b, c, d, x[13], 5, 0xa9e3e905); /* 29 */GG(d, a, b, c, x[2], 9, 0xfcefa3f8); /* 30 */GG(c, d, a, b, x[7], 14, 0x676f02d9); /* 31 */GG(b, c, d, a, x[12], 20, 0x8d2a4c8a); /* 32 *//* Round 3 */HH(a, b, c, d, x[5], 4, 0xfffa3942); /* 33 */HH(d, a, b, c, x[8], 11, 0x8771f681); /* 34 */HH(c, d, a, b, x[11], 16, 0x6d9d6122); /* 35 */HH(b, c, d, a, x[14], 23, 0xfde5380c); /* 36 */HH(a, b, c, d, x[1], 4, 0xa4beea44); /* 37 */HH(d, a, b, c, x[4], 11, 0x4bdecfa9); /* 38 */HH(c, d, a, b, x[7], 16, 0xf6bb4b60); /* 39 */HH(b, c, d, a, x[10], 23, 0xbebfbc70); /* 40 */HH(a, b, c, d, x[13], 4, 0x289b7ec6); /* 41 */HH(d, a, b, c, x[0], 11, 0xeaa127fa); /* 42 */HH(c, d, a, b, x[3], 16, 0xd4ef3085); /* 43 */HH(b, c, d, a, x[6], 23, 0x4881d05); /* 44 */HH(a, b, c, d, x[9], 4, 0xd9d4d039); /* 45 */HH(d, a, b, c, x[12], 11, 0xe6db99e5); /* 46 */HH(c, d, a, b, x[15], 16, 0x1fa27cf8); /* 47 */HH(b, c, d, a, x[2], 23, 0xc4ac5665); /* 48 *//* Round 4 */II(a, b, c, d, x[0], 6, 0xf4292244); /* 49 */II(d, a, b, c, x[7], 10, 0x432aff97); /* 50 */II(c, d, a, b, x[14], 15, 0xab9423a7); /* 51 */II(b, c, d, a, x[5], 21, 0xfc93a039); /* 52 */II(a, b, c, d, x[12], 6, 0x655b59c3); /* 53 */II(d, a, b, c, x[3], 10, 0x8f0ccc92); /* 54 */II(c, d, a, b, x[10], 15, 0xffeff47d); /* 55 */II(b, c, d, a, x[1], 21, 0x85845dd1); /* 56 */II(a, b, c, d, x[8], 6, 0x6fa87e4f); /* 57 */II(d, a, b, c, x[15], 10, 0xfe2ce6e0); /* 58 */II(c, d, a, b, x[6], 15, 0xa3014314); /* 59 */II(b, c, d, a, x[13], 21, 0x4e0811a1); /* 60 */II(a, b, c, d, x[4], 6, 0xf7537e82); /* 61 */II(d, a, b, c, x[11], 10, 0xbd3af235); /* 62 */II(c, d, a, b, x[2], 15, 0x2ad7d2bb); /* 63 */II(b, c, d, a, x[9], 21, 0xeb86d391); /* 64 */state[0] += a;state[1] += b;state[2] += c;state[3] += d;
}int main(int argc, char* argv[])
{int i;unsigned char encrypt[] = "Administratar";//21232f297a57a5a743894a0e4a801fc3unsigned char decrypt[16];MD5_CTX md5;MD5Init(&md5);MD5Update(&md5, encrypt, strlen((char*) encrypt));MD5Final(&md5, decrypt);printf("加密前:%s\n加密后:", encrypt);for(i = 0; i < 16; i++){printf("%02x", decrypt[i]);}getchar();return 0;
}