MD5的算法(C)-白红宇

MD5的算法(C)

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发布时间：2023-02-08

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MD5算法是广泛应用于信息安全领域的一种哈希函数，具有高效性和抗碰撞性强的特点。以下是对MD5算法的详细描述及实现方法。

MD5算法描述

MD5（Message-Digest Algorithm，信息摘要算法）是一种单向哈希函数，主要用于将任意长度的输入数据转换为一个定长的输出数据串。MD5的输出数据长度为128位，具有良好的抗双重冲击能力和抗碰撞能力。

MD5算法的主要步骤

数据预处理（Padding）

将输入数据按照以下规则进行填充：

如果数据长度（以位为单位）对512取模的结果为448，则直接添加512个0。

如果数据长度对512取模的结果不为448，则添加足够的0，使得数据长度对512取模的结果为448。

填充的最后一个字节必须是0x80，前面均为0。

数据长度补齐（Padding）

将数据长度转换为64位整数值。如果数据长度超过64位的范围，则取最后64位的值，并在前面填充适当的零，使得总长度为512位的整数倍。

初始化变量

使用四个32位的变量A、B、C、D，初始值如下：

A: 0x0123456789ABCDEF

B: 0x89ABCD EF

C: 0xFEDCBA98

D: 0x76543210

数据处理

定义四个辅助函数：

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)

通过对输入数据块进行64次迭代处理，使用上述辅助函数更新状态变量A、B、C、D，最终得到四个32位的结果。

输出结果

将四个状态变量A、B、C、D按顺序拼接，形成128位的MD5哈希值。

MD5算法在编程中的实现

以下是对MD5算法在C语言中的实现方法：

函数定义

typedef struct MD5_CTX {    UINT4 state[4];    UINT4 count[2];    unsigned char buffer[64];} MD5_CTX;void MD5Init(MD5_CTX *ctx);void MD5Update(MD5_CTX *ctx, const unsigned char *input, unsigned int inputLen);void MD5Final(unsigned char output[16], MD5_CTX *ctx);static void MD5Transform(UINT4 state[4], const unsigned char *block);static void Encode(unsigned char output[8], const UINT4 input[4], unsigned int len);static void Decode(UINT4 input[4], unsigned char output[8], unsigned int len);static void MD5_memcpy(unsigned char *dst, const unsigned char *src, unsigned int len);static void MD5_memset(unsigned char *dst, int value, unsigned int len);

初始化函数

void MD5Init(MD5_CTX *ctx) {    ctx->count[0] = ctx->count[1] = 0;    ctx->state[0] = 0x67452301;    ctx->state[1] = 0xEFCDAB89;    ctx->state[2] = 0x98BADCFE;    ctx->state[3] = 0x10325476;}

更新函数

void MD5Update(MD5_CTX *ctx, const unsigned char *input, unsigned int inputLen) {    unsigned int i, index, partLen;    index = (ctx->count[0] >> 3) & 0x3F;    if ((ctx->count[0] += (inputLen << 3)) < (inputLen << 3)) {        ctx->count[1]++;    }    partLen = 64 - index;    if (inputLen >= partLen) {        MD5_memcpy(&ctx->buffer[index], input, partLen);        MD5Transform(ctx->state, ctx->buffer);        for (i = partLen; i + 63 < inputLen; i += 64) {            MD5Transform(ctx->state, input + i);        }        index = 0;    } else {        MD5_memcpy(&ctx->buffer[index], input, inputLen);        MD5Transform(ctx->state, ctx->buffer);        index = 0;    }}

结束函数

void MD5Final(unsigned char output[16], MD5_CTX *ctx) {    unsigned char padding[64] = {0x80, 0};    Encode(output, ctx->state, 16);    index = (ctx->count[0] >> 3) & 0x3F;    padLen = (index < 56) ? (56 - index) : (120 - index);    MD5Update(ctx, padding, padLen);    MD5Update(ctx, output, 16);    MD5_memset(ctx, 0, sizeof(ctx));}

数据转换函数

static void MD5Transform(UINT4 state[4], const unsigned char *block) {    unsigned char x[16];    Decode(x, block, 64);    FF(state[0], state[1], state[2], state[3], x[0], S11, 0xD76AA478);    FF(state[3], state[0], state[1], state[2], x[1], S12, 0xE8C7B756);    FF(state[2], state[3], state[0], state[1], x[2], S13, 0x242070DB);    FF(state[1], state[2], state[3], state[0], x[3], S14, 0xC1BDCEEE);    // ...（其他轮次处理）}