簡(jiǎn)介
MD5消息摘要算法（MD5 Message-Digest Algorithm），是一種被廣泛使用的密碼散列函數(shù)，可以產(chǎn)生出一個(gè)128位（16字節(jié)）的散列值（hash value），用于確保信息傳輸完整一致。
MD5算法經(jīng)常用以進(jìn)行文件、應(yīng)用到軟件下載站、論壇數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)文件安全校驗(yàn)等。MD5的典型應(yīng)用是對(duì)一段信息（Message）產(chǎn)生信息摘要（Message-Digest），以防止被篡改。大致結(jié)構(gòu)如下：
MD5 (“內(nèi)容”) = 38b8c2c1093dd0fec383a9d9ac940515（32位）
md5特點(diǎn)
1.長(zhǎng)度固定:
不管多長(zhǎng)的字符串,加密后長(zhǎng)度都是一樣長(zhǎng)
作用:方便平時(shí)信息的統(tǒng)計(jì)和管理
2.易計(jì)算:
字符串和文件加密的過程是容易的.
作用: 開發(fā)者很容易理解和做出加密工具
3.細(xì)微性
一個(gè)文件,不管多大,小到幾k,大到幾G,你只要改變里面某個(gè)字符,那么都會(huì)導(dǎo)致MD5值改變.
作用:很多軟件和應(yīng)用在網(wǎng)站提供下載資源,其中包含了對(duì)文件的MD5碼,用戶下載后只需要用工具測(cè)一下下載好的文件,通過對(duì)比就知道該文件是否有過更改變動(dòng).
4.不可逆性
你明明知道密文和加密方式,你卻無法反向計(jì)算出原密碼.
作用:基于這個(gè)特點(diǎn),很多安全的加密方式都是用到.大大提高了數(shù)據(jù)的安全性。
md5撞庫破解
這是概率極低的破解方法,原理就是:
建立一個(gè)大型的數(shù)據(jù)庫,把日常的各個(gè)語句,通過MD5加密成為密文,不斷的積累大量的句子,放在一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫里.
當(dāng)一個(gè)人拿到了別人的密文,想去查詢真實(shí)的密碼,就需要那這個(gè)密文去到提供這個(gè)數(shù)據(jù)庫的公司網(wǎng)站去查詢.
這就是撞庫的概念.
md5算法過程
MD5算法的過程分為四步：處理原文，設(shè)置初始值，循環(huán)加工，拼接結(jié)果。
第一步:處理原文
首先，我們計(jì)算出原文長(zhǎng)度(bit)對(duì)512求余的結(jié)果，如果不等于448，就需要填充原文使得原文對(duì)512求余的結(jié)果等于448。填充的方法是第一位填充1，其余位填充0。填充完后，信息的長(zhǎng)度就是512*N+448。
之后，用剩余的位置（512-448=64位）記錄原文的真正長(zhǎng)度，把長(zhǎng)度的二進(jìn)制值補(bǔ)在最后。這樣處理后的信息長(zhǎng)度就是512*(N+1)。
第二步:設(shè)置初始值
MD5的哈希結(jié)果長(zhǎng)度為128位，按每32位分成一組共4組。這4組結(jié)果是由4個(gè)初始值A(chǔ)、B、C、D經(jīng)過不斷演變得到。MD5的官方實(shí)現(xiàn)中，A、B、C、D的初始值如下（16進(jìn)制）：
A=0x01234567
B=0x89ABCDEF
C=0xFEDCBA98
D=0x76543210
第三步:循環(huán)加工
這一步是最復(fù)雜的一步，我們看看下面這張圖，此圖代表了單次A,B,C,D值演變的流程。
圖中，A，B，C，D就是哈希值的四個(gè)分組。每一次循環(huán)都會(huì)讓舊的ABCD產(chǎn)生新的ABCD。一共進(jìn)行多少次循環(huán)呢？由處理后的原文長(zhǎng)度決定。
假設(shè)處理后的原文長(zhǎng)度是M，主循環(huán)次數(shù) = M / 512，每個(gè)主循環(huán)中包含 512 / 32 * 4 = 64 次 子循環(huán)。
上面這張圖所表達(dá)的就是單次子循環(huán)的流程。
下面對(duì)圖中其他元素一一解釋：
1.綠色F
圖中的綠色F，代表非線性函數(shù)。官方MD5所用到的函數(shù)有四種：
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))
在主循環(huán)下面64次子循環(huán)中，F(xiàn)、G、H、I 交替使用，第一個(gè)16次使用F，第二個(gè)16次使用G，第三個(gè)16次使用H，第四個(gè)16次使用I。
2.紅色“田”字
很簡(jiǎn)單，紅色的田字代表相加的意思。
3.Mi
Mi是第一步處理后的原文。在第一步中，處理后原文的長(zhǎng)度是512的整數(shù)倍。把原文的每512位再分成16等份，命名為M0M15，每一等份長(zhǎng)度32。在64次子循環(huán)中，每16次循環(huán)，都會(huì)交替用到M1M16之一。
4.Ki
一個(gè)常量，在64次子循環(huán)中，每一次用到的常量都是不同的。
5.黃色的<<
第一輪：
FF(a,b,c,d,M0,7,0xd76aa478） s[0]=7, K[0] = 0xd76aa478
FF(a,b,c,d,M1,12,0xe8c7b756） s[1]=12, K[1] = 0xe8c7b756
FF(a,b,c,d,M2,17,0x242070db)
FF(a,b,c,d,M3,22,0xc1bdceee)
FF(a,b,c,d,M4,7,0xf57c0faf)
FF(a,b,c,d,M5,12,0x4787c62a)
FF(a,b,c,d,M6,17,0xa8304613）
FF(a,b,c,d,M7,22,0xfd469501）
FF(a,b,c,d,M8,7,0x698098d8）
FF(a,b,c,d,M9,12,0x8b44f7af)
FF(a,b,c,d,M10,17,0xffff5bb1）
FF(a,b,c,d,M11,22,0x895cd7be)
FF(a,b,c,d,M12,7,0x6b901122）
FF(a,b,c,d,M13,12,0xfd987193）
FF(a,b,c,d,M14,17, 0xa679438e)
FF(a,b,c,d,M15,22,0x49b40821）
第二輪：
GG(a,b,c,d,M1,5,0xf61e2562）
GG(a,b,c,d,M6,9,0xc040b340）
GG(a,b,c,d,M11,14,0x265e5a51）
GG(a,b,c,d,M0,20,0xe9b6c7aa)
GG(a,b,c,d,M5,5,0xd62f105d)
GG(a,b,c,d,M10,9,0x02441453）
GG(a,b,c,d,M15,14,0xd8a1e681）
GG(a,b,c,d,M4,20,0xe7d3fbc8）
GG(a,b,c,d,M9,5,0x21e1cde6）
GG(a,b,c,d,M14,9,0xc33707d6）
GG(a,b,c,d,M3,14,0xf4d50d87）
GG(a,b,c,d,M8,20,0x455a14ed)
GG(a,b,c,d,M13,5,0xa9e3e905）
GG(a,b,c,d,M2,9,0xfcefa3f8）
GG(a,b,c,d,M7,14,0x676f02d9）
GG(a,b,c,d,M12,20,0x8d2a4c8a)
第三輪：
HH(a,b,c,d,M5,4,0xfffa3942）
HH(a,b,c,d,M8,11,0x8771f681）
HH(a,b,c,d,M11,16,0x6d9d6122）
HH(a,b,c,d,M14,23,0xfde5380c)
HH(a,b,c,d,M1,4,0xa4beea44）
HH(a,b,c,d,M4,11,0x4bdecfa9）
HH(a,b,c,d,M7,16,0xf6bb4b60）
HH(a,b,c,d,M10,23,0xbebfbc70）
HH(a,b,c,d,M13,4,0x289b7ec6）
HH(a,b,c,d,M0,11,0xeaa127fa)
HH(a,b,c,d,M3,16,0xd4ef3085）
HH(a,b,c,d,M6,23,0x04881d05）
HH(a,b,c,d,M9,4,0xd9d4d039）
HH(a,b,c,d,M12,11,0xe6db99e5）
HH(a,b,c,d,M15,16,0x1fa27cf8）
HH(a,b,c,d,M2,23,0xc4ac5665）
第四輪：
?、颍╝,b,c,d,M0,6,0xf4292244）
?、颍╝,b,c,d,M7,10,0x432aff97）
?、颍╝,b,c,d,M14,15,0xab9423a7）
?、颍╝,b,c,d,M5,21,0xfc93a039）
Ⅱ（a,b,c,d,M12,6,0x655b59c3）
?、颍╝,b,c,d,M3,10,0x8f0ccc92）
?、颍╝,b,c,d,M10,15,0xffeff47d)
?、颍╝,b,c,d,M1,21,0x85845dd1）
?、颍╝,b,c,d,M8,6,0x6fa87e4f)
?、颍╝,b,c,d,M15,10,0xfe2ce6e0)
?、颍╝,b,c,d,M6,15,0xa3014314）
?、颍╝,b,c,d,M13,21,0x4e0811a1）
?、颍╝,b,c,d,M4,6,0xf7537e82）
?、颍╝,b,c,d,M11,10,0xbd3af235）
?、颍╝,b,c,d,M2,15,0x2ad7d2bb)
Ⅱ（a,b,c,d,M9,21,0xeb86d391）
第四步:拼接結(jié)果
這一步就很簡(jiǎn)單了，把循環(huán)加工最終產(chǎn)生的A，B，C，D四個(gè)值拼接在一起，轉(zhuǎn)換成字符串即可。
md5算法的Java實(shí)現(xiàn)
public class MD5{
//四個(gè)鏈接變量
private final int A=0x67452301;
private final int B=0xefcdab89;
private final int C=0x98badcfe;
private final int D=0x10325476;
//ABCD的臨時(shí)變量
private int Atemp,Btemp,Ctemp,Dtemp;
//常量ti 公式:floor(abs(sin(i+1))×(2pow32)
private final int K[]={
0xd76aa478,0xe8c7b756,0x242070db,0xc1bdceee,
0xf57c0faf,0x4787c62a,0xa8304613,0xfd469501,0x698098d8,
0x8b44f7af,0xffff5bb1,0x895cd7be,0x6b901122,0xfd987193,
0xa679438e,0x49b40821,0xf61e2562,0xc040b340,0x265e5a51,
0xe9b6c7aa,0xd62f105d,0x02441453,0xd8a1e681,0xe7d3fbc8,
0x21e1cde6,0xc33707d6,0xf4d50d87,0x455a14ed,0xa9e3e905,
0xfcefa3f8,0x676f02d9,0x8d2a4c8a,0xfffa3942,0x8771f681,
0x6d9d6122,0xfde5380c,0xa4beea44,0x4bdecfa9,0xf6bb4b60,
0xbebfbc70,0x289b7ec6,0xeaa127fa,0xd4ef3085,0x04881d05,
0xd9d4d039,0xe6db99e5,0x1fa27cf8,0xc4ac5665,0xf4292244,
0x432aff97,0xab9423a7,0xfc93a039,0x655b59c3,0x8f0ccc92,
0xffeff47d,0x85845dd1,0x6fa87e4f,0xfe2ce6e0,0xa3014314,
0x4e0811a1,0xf7537e82,0xbd3af235,0x2ad7d2bb,0xeb86d391};
//向左位移數(shù),計(jì)算方法未知
private final int s[]={7,12,17,22,7,12,17,22,7,12,17,22,7,
12,17,22,5,9,14,20,5,9,14,20,5,9,14,20,5,9,14,20,
4,11,16,23,4,11,16,23,4,11,16,23,4,11,16,23,6,10,
15,21,6,10,15,21,6,10,15,21,6,10,15,21};
//初始化函數(shù)
private void init(){
Atemp=A;
Btemp=B;
Ctemp=C;
Dtemp=D;
}
//移動(dòng)一定位數(shù)
private int shift(int a,int s){
return(a<<s)|(a>>>(32-s));//右移的時(shí)候，高位一定要補(bǔ)零，而不是補(bǔ)充符號(hào)位
}
//主循環(huán)
private void MainLoop(int M[]){
int F,g;
int a=Atemp;
int b=Btemp;
int c=Ctemp;
int d=Dtemp;
for(int i = 0; i < 64; i ++){
if(i<16){
F=(b&c)|((~b)&d);
g=i;
}else if(i<32){
F=(d&b)|((~d)&c);
g=(5*i+1)%16;
}else if(i<48){
F=b^c^d;
g=(3*i+5)%16;
}else{
F=c^(b|(~d));
g=(7*i)%16;
}
int tmp=d;
d=c;
c=b;
b=b+shift(a+F+K[i]+M[g],s[i]);
a=tmp;
}
Atemp=a+Atemp;
Btemp=b+Btemp;
Ctemp=c+Ctemp;
Dtemp=d+Dtemp;
}
/*
*填充函數(shù)
*處理后應(yīng)滿足bits≡448(mod512),字節(jié)就是bytes≡56（mode64)
*填充方式為先加一個(gè)0,其它位補(bǔ)零
*最后加上64位的原來長(zhǎng)度
*/
private int[] add(String str){
int num=((str.length()+8)/64)+1;//以512位，64個(gè)字節(jié)為一組
int strByte[]=new int[num*16];//64/4=16，所以有16個(gè)整數(shù)
for(int i=0;i<num*16;i++){//全部初始化0
strByte[i]=0;
}
int i;
for(i=0;i<str.length();i++){
strByte[i>>2]|=str.charAt(i)<<((i%4)*8);//一個(gè)整數(shù)存儲(chǔ)四個(gè)字節(jié)，小端序
}
strByte[i>>2]|=0x80<<((i%4)*8);//尾部添加1
//添加原長(zhǎng)度，長(zhǎng)度指位的長(zhǎng)度，所以要乘8，然后是小端序，所以放在倒數(shù)第二個(gè),這里長(zhǎng)度只用了32位
strByte[num*16-2]=str.length()*8;
return strByte;
}
//調(diào)用函數(shù)
public String getMD5(String source){
init();
int strByte[]=add(source);
for(int i=0;i<strByte.length/16;i++){
int num[]=new int[16];
for(int j=0;j<16;j++){
num[j]=strByte[i*16+j];
}
MainLoop(num);
}
return changeHex(Atemp)+changeHex(Btemp)+changeHex(Ctemp)+changeHex(Dtemp);
}
//整數(shù)變成16進(jìn)制字符串
private String changeHex(int a){
String str="";
for(int i=0;i<4;i++){
str+=String.format("%2s", Integer.toHexString(((a>>i*8)%(1<<8))&0xff)).replace(' ', '0');
}
return str;
}
//單例
private static MD5 instance;
public static MD5 getInstance(){
if(instance==null){
instance=new MD5();
}
return instance;
}
private MD5(){};
public static void main(String[] args){
String str=MD5.getInstance().getMD5("123");
System.out.println(str);
}
}
md5算法的應(yīng)用
對(duì)信息產(chǎn)生摘要
MD5的典型應(yīng)用是對(duì)一段信息（Message）產(chǎn)生信息摘要（Message-Digest），以防止被篡改。比如，在UNIX下有很多軟件在下載的時(shí)候都有一個(gè)文件名相同，文件擴(kuò)展名為.md5的文件，在這個(gè)文件中通常只有一行文本，大致結(jié)構(gòu)如：
MD5 (tanajiya.tar.gz) = 0ca175b9c0f726a831d895e269332461
這就是tanajiya.tar.gz文件的數(shù)字簽名。MD5將整個(gè)文件當(dāng)作一個(gè)大文本信息，通過其不可逆的字符串變換算法，產(chǎn)生了這個(gè)唯一的MD5信息摘要。為了讓讀者朋友對(duì)MD5的應(yīng)用有個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，筆者以一個(gè)比方和一個(gè)實(shí)例來簡(jiǎn)要描述一下其工作過程：
大家都知道，地球上任何人都有自己獨(dú)一無二的指紋，這常常成為公安機(jī)關(guān)鑒別罪犯身份最值得信賴的方法；與之類似，MD5就可以為任何文件（不管其大小、格式、數(shù)量）產(chǎn)生一個(gè)同樣獨(dú)一無二的“數(shù)字指紋”，如果任何人對(duì)文件做了任何改動(dòng)，其MD5值也就是對(duì)應(yīng)的“數(shù)字指紋”都會(huì)發(fā)生變化。
我們常常在某些軟件下載站點(diǎn)的某軟件信息中看到其MD5值，它的作用就在于我們可以在下載該軟件后，對(duì)下載回來的文件用專門的軟件（如Windows MD5 Check等）做一次MD5校驗(yàn)，以確保我們獲得的文件與該站點(diǎn)提供的文件為同一文件。利用MD5算法來進(jìn)行文件校驗(yàn)的方案被大量應(yīng)用到軟件下載站、論壇數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)文件安全等方面。
對(duì)字節(jié)串產(chǎn)生指紋
MD5的典型應(yīng)用是對(duì)一段Message(字節(jié)串)產(chǎn)生fingerprint(指紋)，以防止被“篡改”。舉個(gè)例子，你將一段話寫在一個(gè)叫 readme.txt文件中，并對(duì)這個(gè)readme.txt產(chǎn)生一個(gè)MD5的值并記錄在案，然后你可以傳播這個(gè)文件給別人，別人如果修改了文件中的任何內(nèi)容，你對(duì)這個(gè)文件重新計(jì)算MD5時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)（兩個(gè)MD5值不相同）。如果再有一個(gè)第三方的認(rèn)證機(jī)構(gòu)，用MD5還可以防止文件作者的“抵賴”，這就是所謂的數(shù)字簽名應(yīng)用。
登錄認(rèn)證
MD5還廣泛用于操作系統(tǒng)的登陸認(rèn)證上，如Unix、各類BSD系統(tǒng)登錄密碼、數(shù)字簽名等諸多方。如在UNIX系統(tǒng)中用戶的密碼是以MD5（或其它類似的算法）經(jīng)Hash運(yùn)算后存儲(chǔ)在文件系統(tǒng)中。當(dāng)用戶登錄的時(shí)候，系統(tǒng)把用戶輸入的密碼進(jìn)行MD5 Hash運(yùn)算，然后再去和保存在文件系統(tǒng)中的MD5值進(jìn)行比較，進(jìn)而確定輸入的密碼是否正確。通過這樣的步驟，系統(tǒng)在并不知道用戶密碼的明碼的情況下就可以確定用戶登錄系統(tǒng)的合法性。這可以避免用戶的密碼被具有系統(tǒng)管理員權(quán)限的用戶知道。MD5將任意長(zhǎng)度的“字節(jié)串”映射為一個(gè)128bit的大整數(shù)，并且是通過該128bit反推原始字符串是困難的，換句話說就是，即使你看到源程序和算法描述，也無法將一個(gè)MD5的值變換回原始的字符串，從數(shù)學(xué)原理上說，是因?yàn)樵嫉淖址袩o窮多個(gè)，這有點(diǎn)象不存在反函數(shù)的數(shù)學(xué)函數(shù)。所以，要遇到了md5密碼的問題，比較好的辦法是：你可以用這個(gè)系統(tǒng)中的md5()函數(shù)重新設(shè)一個(gè)密碼，如admin，把生成的一串密碼的Hash值覆蓋原來的Hash值就行了。
正是因?yàn)檫@個(gè)原因，現(xiàn)在被黑客使用最多的一種破譯密碼的方法就是一種被稱為"跑字典"的方法。有兩種方法得到字典，一種是日常搜集的用做密碼的字符串表，另一種是用排列組合方法生成的，先用MD5程序計(jì)算出這些字典項(xiàng)的MD5值，然后再用目標(biāo)的MD5值在這個(gè)字典中檢索。我們假設(shè)密碼的最大長(zhǎng)度為8位字節(jié)（8 Bytes），同時(shí)密碼只能是字母和數(shù)字，共26+26+10=62個(gè)字符，排列組合出的字典的項(xiàng)數(shù)則是P(62,1)+P(62,2)….+P(62,8)，那也已經(jīng)是一個(gè)很天文的數(shù)字了，存儲(chǔ)這個(gè)字典就需要TB級(jí)的磁盤陣列，而且這種方法還有一個(gè)前提，就是能獲得目標(biāo)賬戶的密碼MD5值的情況下才可以。這種加密技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于UNIX系統(tǒng)中，這也是為什么UNIX系統(tǒng)比一般操作系統(tǒng)更為堅(jiān)固一個(gè)重要原因。
