MD5加密算法详细分析_C实现

MD5加密算法

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维基百科对其描述：

MD5消息摘要算法（英语：MD5
Message-Digest Algorithm），一种被广泛使用的密码散列函数，可以产生出一个128位（16字节）的散列值（hash
value），用于确保信息传输完整一致。MD5由罗纳德·李维斯特设计，于1992年公开，用以替换MD4算法。这套算法的程序在 RFC
1321 中被加以规范。

将数据（如一段文字）运算变为另一固定长度值，是散列算法的基础原理。

算法

Figure 1. 一个MD5运算— 由类似的64次循环构成，分成4组16次。F 一个非线性函数；一个函数运算一次。Mi 表示一个 32-bits 的输入数据，Ki 表示一个 32-bits 常数，用来完成每次不同的计算。

MD5是输入不定长度信息，输出固定长度128-bits的算法。经过程序流程，生成四个32位数据，最后联合起来成为一个128-bits散列。基本方式为，求余、取余、调整长度、与链接变量进行循环运算。得出结果。

{\displaystyle F(X,Y,Z)=(X\wedge {Y})\vee (\neg {X}\wedge {Z})}
{\displaystyle G(X,Y,Z)=(X\wedge {Z})\vee (Y\wedge \neg {Z})}
{\displaystyle H(X,Y,Z)=X\oplus Y\oplus Z}
{\displaystyle I(X,Y,Z)=Y\oplus (X\vee \neg {Z})}

{\displaystyle \oplus ,\wedge ,\vee ,\neg } 是 XOR, AND, OR , NOT 的符号。

更加详尽描述：

用途：

MD5的典型应用是对一段Message(字节串)产生fingerprint(指纹)，以防止被“篡改”。举个例子，你将一段话写在一个叫 readme.txt文件中，并对这个readme.txt产生一个MD5的值并记录在案，然后你可以传播这个文件给别人，别人如果修改了文件中的任何内容，你对这个文件重新计算MD5时就会发现。如果再有一个第三方的认证机构，用MD5还可以防止文件作者的“抵赖”，这就是所谓的数字签名应用。

　　

MD5还广泛用于加密和解密技术上，在很多操作系统中，用户的密码是以MD5值（或类似的其它算法）的方式保存的， 用户Login的时候，系统是把用户输入的密码计算成MD5值，然后再去和系统中保存的MD5值进行比较，而系统并不“知道”用户的密码是什么

原理：

在一些初始化处理后，MD5以512位(64字节)分组来处理输入文本，每一分组又划分为16个32位(8字

节)子分组。算法的输出由四个32位(8字节)分组组成，将它们级联形成一个128位(32字节)散列值。

在MD5算法中，首先需要对信息进行填充，使其位长对512求余的结果等于448（56位）。因此，信息的位长将被扩展至N*512+448，N为一个非负整数，N可以是零。填充的方法如下，在信息的后面填充一个1和无数个0，直到满足上面的条件时才停止用0对信息的填充。然后，在这个结果后面附加一个以64位二进制表示的填充前信息长度。经过这两步的处理，信息的位长=N*512+448+64=(N+1）*512，即长度恰好是512的整数倍。这样做的原因是为满足后面处理中对信息长度的要求。

　　首先填充消息使其长度恰好为一个比512位的倍数仅小64位的数。填充方法是附一个1在消息后面，后接所要求的多个0，然后在其后附上64位的消息长度（填充前）。这两步的作用是使消息长度恰好是512位的整数倍（算法的其余部分要求如此），同时确保不同的消息在填充后不相同。

四个32位变量初始化为： (这个为初始化变量，为固定值，经过研究所得)

A=0×01234567

B=0×89abcdef

C=0xfedcba98

D=0×76543210

它们称为链接变量（chaining variable）

　　接着进行算法的主循环，循环的次数是消息中512位(64位)消息分组的数目。

将上面四个变量复制到别外的变量中：A到a，B到b，C到c，D到d。

　　主循环有四轮（MD4只有三轮），每轮很相拟。第一轮进行16次操作。每次操作对a，b，c和d中的其中三个作一次非线性函数运算（利用下面非线性函数），然后将所得结果加上 第四个变量，文本的一个子分组和一个常数。再将所得结果向右环移一个不定的数，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。
即下面的FF 、GG、HH、II函数

以一下是每次操作中用到的四个非线性函数（每轮一个）。

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))

(&是与,|是或,~是非,^是异或)

这些函数是这样设计的：（如果X、Y和Z的对应位是独立和均匀的，那么结果的每一位也应是独立和均匀的。

函数F是按逐位方式操作：如果X，那么Y，否则Z。函数H是逐位奇偶操作符。）

设Mj表示消息的第j个子分组（从0到15），<<< s表示循环左移s位，则四种操作为：

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+(G(b,c,d)+Mj+ti)<<< s)

HH(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+(H(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)

这四轮（64步）是：

第一轮

FF(a,b,c,d,M0,7,0xd76aa478)

FF(d,a,b,c,M1,12,0xe8c7b756)

FF(c,d,a,b,M2,17,0×242070db)

FF(b,c,d,a,M3,22,0xc1bdceee)

FF(a,b,c,d,M4,7,0xf57c0faf)

FF(d,a,b,c,M5,12,0×4787c62a)

FF(c,d,a,b,M6,17,0xa8304613)

FF(b,c,d,a,M7,22,0xfd469501)

FF(a,b,c,d,M8,7,0×698098d8)

FF(d,a,b,c,M9,12,0×8b44f7af)

FF(c,d,a,b,M10,17,0xffff5bb1)

FF(b,c,d,a,M11,22,0×895cd7be)

FF(a,b,c,d,M12,7,0×6b901122)

FF(d,a,b,c,M13,12,0xfd987193)

FF(c,d,a,b,M14,17,0xa679438e)

FF(b,c,d,a,M15,22,0×49b40821)

第二轮

GG(a,b,c,d,M1,5,0xf61e2562)

GG(d,a,b,c,M6,9,0xc040b340)

GG(c,d,a,b,M11,14,0×265e5a51)

GG(b,c,d,a,M0,20,0xe9b6c7aa)

GG(a,b,c,d,M5,5,0xd62f105d)

GG(d,a,b,c,M10,9,0×02441453)

GG(c,d,a,b,M15,14,0xd8a1e681)

GG(b,c,d,a,M4,20,0xe7d3fbc8)

GG(a,b,c,d,M9,5,0×21e1cde6)

GG(d,a,b,c,M14,9,0xc33707d6)

GG(c,d,a,b,M3,14,0xf4d50d87)

GG(b,c,d,a,M8,20,0×455a14ed)

GG(a,b,c,d,M13,5,0xa9e3e905)

GG(d,a,b,c,M2,9,0xfcefa3f8)

GG(c,d,a,b,M7,14,0×676f02d9)

GG(b,c,d,a,M12,20,0×8d2a4c8a)

第三轮

HH(a,b,c,d,M5,4,0xfffa3942)

HH(d,a,b,c,M8,11,0×8771f681)

HH(c,d,a,b,M11,16,0×6d9d6122)

HH(b,c,d,a,M14,23,0xfde5380c)

HH(a,b,c,d,M1,4,0xa4beea44)

HH(d,a,b,c,M4,11,0×4bdecfa9)

HH(c,d,a,b,M7,16,0xf6bb4b60)

HH(b,c,d,a,M10,23,0xbebfbc70)

HH(a,b,c,d,M13,4,0×289b7ec6)

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

HH(c,d,a,b,M3,16,0xd4ef3085)

HH(b,c,d,a,M6,23,0×04881d05)

HH(a,b,c,d,M9,4,0xd9d4d039)

HH(d,a,b,c,M12,11,0xe6db99e5)

HH(c,d,a,b,M15,16,0×1fa27cf8)

HH(b,c,d,a,M2,23,0xc4ac5665)

第四轮

II(a,b,c,d,M0,6,0xf4292244)

II(d,a,b,c,M7,10,0×432aff97)

II(c,d,a,b,M14,15,0xab9423a7)

II(b,c,d,a,M5,21,0xfc93a039)

II(a,b,c,d,M12,6,0×655b59c3)

II(d,a,b,c,M3,10,0×8f0ccc92)

II(c,d,a,b,M10,15,0xffeff47d)

II(b,c,d,a,M1,21,0×85845dd1)

II(a,b,c,d,M8,6,0×6fa87e4f)

II(d,a,b,c,M15,10,0xfe2ce6e0)

II(c,d,a,b,M6,15,0xa3014314)

II(b,c,d,a,M13,21,0×4e0811a1)

II(a,b,c,d,M4,6,0xf7537e82)

II(d,a,b,c,M11,10,0xbd3af235)

II(c,d,a,b,M2,15,0×2ad7d2bb)

II(b,c,d,a,M9,21,0xeb86d391)

　　

常数ti可以如下选择： 

在第i步中，ti是4294967296*abs(sin(i))的整数部分,i的单位是弧度。 

(2的32次方) 

所有这些完成之后，将A，B，C，D分别加上a，b，c，d。然后用下一分组数据继续运行算法，最后的输

出是A，B，C和D的级联。

下面看代码，其中进行了十分详细的注释（代码经过linux下测试与传统MD5加密相同）：

/*************************************************************************
	> File Name: md5_1.cpp
	> Author:chudongfang
	> Mail:[email protected]
	> Created Time: 2016年06月22日 星期三 16时12分30秒
 ************************************************************************/

#include <string.h>
#include <math.h>
#include <stdio.h>

/***********************************
 * 非线性函数
 * (&是与,|是或,~是非,^是异或)
 *
 * 这些函数是这样设计的：
 *   如果X、Y和Z的对应位是独立和均匀的，
 *   那么结果的每一位也应是独立和均匀的。
 *
 * 函数F是按逐位方式操作：如果X，那么Y，否则Z。
 * 函数H是逐位奇偶操作符
 **********************************/
#define F(x,y,z) ((x & y) | (~x & z))
#define G(x,y,z) ((x & z) | (y & ~z))
#define H(x,y,z) (x^y^z)
#define I(x,y,z) (y ^ (x | ~z))  

/**************************************
 *向右环移n个单位
 * ************************************/
#define ROTATE_LEFT(x,n) ((x << n) | (x >> (32-n)))  

/****************************************************
 * 每次操作对a，b，c和d中的其中三个作一次非线性函数运算
 *  F(b,c,d)   G(b,c,d)   H(b,c,d)   I(b,c,d)
 *
 * 然后将所得结果加上 第四个变量(a)，
 * F(b,c,d)+a
 *
 * 文本的一个子分组(x)
 * F(b,c,d)+a+x
 *
 * 和一个常数(ac)。
 * F(b,c,d)+a+x+ac
 *
 * 再将所得结果向右环移一个不定的数(s)，
 * ROTATE_LEFT( F(b,c,d)+a+x+ac , s )
 *
 * 并加上a，b，c或d中之一(b)。
 * ROTATE_LEFT( F(b,c,d)+a+x+ac , s )+b
 *
 * 最后用该结果取代a，b，c或d中之一(a)。
 * a=ROTATE_LEFT( F(b,c,d)+a+x+ac , s )+b
 *
 * ***************************************************/

#define FF(a,b,c,d,x,s,ac) { a += F(b,c,d) + x + ac;  a = ROTATE_LEFT(a,s); a += b; }
#define GG(a,b,c,d,x,s,ac) { a += G(b,c,d) + x + ac;  a = ROTATE_LEFT(a,s); a += b; }
#define HH(a,b,c,d,x,s,ac) { a += H(b,c,d) + x + ac;  a = ROTATE_LEFT(a,s); a += b; }
#define II(a,b,c,d,x,s,ac) { a += I(b,c,d) + x + ac;  a = ROTATE_LEFT(a,s); a += b; }

//储存一个MD5 text信息
typedef struct
{
    unsigned int count[2];
    //记录当前状态，其数据位数   

    unsigned int state[4];
    //4个数，一共32位 记录用于保存对512bits信息加密的中间结果或者最终结果  

    unsigned char buffer[64];
    //一共64字节，512位
}MD5_CTX;  

//第一位1 其后若干个0,用于MD5Final函数时的补足
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};  

//函数声明区，每个函数在下面都有较详细说明，这里不再赘述

void MD5Init(MD5_CTX *context);  

void MD5Update(MD5_CTX *context,unsigned char *input,unsigned int inputlen);  

void MD5Final(MD5_CTX *context,unsigned char digest[16]);  

void MD5Transform(unsigned int state[4],unsigned char block[64]);  

void MD5Encode(unsigned char *output,unsigned int *input,unsigned int len);  

void MD5Decode(unsigned int *output,unsigned char *input,unsigned int len);  

/************************
 * 函数功能：初始化一个MD5 text
 * 函数参数：MD5 text 指针
 * ***********************/
//初始化
void MD5Init(MD5_CTX *context)
{
    context->count[0] = 0;
    context->count[1] = 0;
    //分别赋固定值
    context->state[0] = 0x67452301;
    context->state[1] = 0xEFCDAB89;
    context->state[2] = 0x98BADCFE;
    context->state[3] = 0x10325476;
}  

/************************************************
 * 函数功能：对一个MD5 text,把输入的数据进行分组，并进行加密
 * 未用到的数据把其储存在MD5 text中。
 *
 * 参数分析：
 * MD5_CTX *context       ：一个MD5 text
 * unsigned char *input   ：新添加的数据
 * unsigned int inputlen  ：新添加数据的长度(字节)
 *
 ***********************************************/

void MD5Update(MD5_CTX *context,unsigned char *input,unsigned int inputlen)
{
    unsigned int i = 0,index = 0,partlen = 0;  

    //index：当前状态的位数对64取余，其单位是字节
    //也可以写作：  index=(context->count[0]/8)%64
    index = (context->count[0] >> 3) & 0x3F;  

    //partlen:可以补齐64字节的字节数
    partlen = 64 - index;  

    //下面代码是解决一个unsignde int 无法储存极大数据导致溢出的问题
    //当前位数加上新添加的位数，由于inputlen是以字节为单位，所以其转换为位数
    //相当于context->count[0] += inputlen*8;
    context->count[0] += inputlen << 3;  

    //当其出现溢出的情况时，通过以下操作把两个16位的数连在一块，生成一个
    //32位的二进制数串，从而扩大其储存范围
    if(context->count[0] < (inputlen << 3))
        context->count[1]++;

    //该语句可替换为 context->count[1]+=(inputlen<<3)>>32;
    //便于理解
    context->count[1] += inputlen >> 29;  

    //当其输入字节数的大于其可以补足64字节的字节数，进行补足
    if(inputlen >= partlen)
    {
        //向buffer中补足partlen个字节，使其到达64字节
        memcpy(&context->buffer[index],input,partlen);

        //buffer达到64字节512位，则把其作为一组进行运算
        MD5Transform(context->state,context->buffer);  

        //如果输入的数据还可以组成多个64字节，则把其可以组成
        //的作为若干组进行运算
        for(i = partlen;i+64 <= inputlen;i+=64)
            MD5Transform(context->state,&input[i]);  

        //恢复0值，照应 下面 把输入 剩余字节(不能组成64字节组) 储存的操作
        index = 0;
    }
    //否则，把输入的数据按顺序放在原来数据后面
    else
    {
        i = 0;
    }  

    //放置剩余数据
    memcpy(&context->buffer[index],&input[i],inputlen-i);
}  

/*************************************************
 * 函数功能：对数据进行补足，并加入数据位数信息，并进一步加密
 *
 * 参数分析：
 * MD5_CTX *context          :一个MD5 text
 * unsigned char digest[16]  :储存加密结果的数组
 *************************************************/

void MD5Final(MD5_CTX *context,unsigned char digest[16])
{
    unsigned int index = 0,padlen = 0;  

    //bits： 8个字节，64位
    unsigned char bits[8];  

    //index:对64取余结果
    index = (context->count[0] >> 3) & 0x3F;
    //因为要填充满足使其位长对512求余的结果等于448（56位）
    //所以当其所剩余的数小于56字节，则填充56-index字节，
    //否则填充120-index字节
    //这里padlen代表其所需填充的字节
    padlen = (index < 56)?(56-index):(120-index);  

    //然后，在这个结果后面附加一个以64位二进制表示的填充前数据长度。
    //把填充前数据数据长度转换后放到bit字符数组中
    MD5Encode(bits,context->count,8);

    //根据已经存储好的数组PADDING，在信息的后面填充一个1和无数个0，
    //直到满足上面的条件时才停止用0对信息的填充
    //其填充后进行了一系列的加密操作，其定剩余48个字节
    MD5Update(context,PADDING,padlen);  

    //在最后添加进8个字节的数据长度信息，最后凑成一组，进行一次加密处理
    MD5Update(context,bits,8);  

    //把最终得到的加密信息变成字符输出，共16字节
    MD5Encode(digest,context->state,16);
}  

/**********************************************************
 * 函数功能：利用位操作，按1->4方式把数字分解成字符
 *
 * 参数分析：
 * unsigned char  *output ：输出的字符的数组
 * unsigned int   *input  ：输入数字的数组
 * unsigned int   len     : 输入数字数组的长度（单位：位）
 * *********************************************************/

void MD5Encode(unsigned char *output,unsigned int *input,unsigned int len)
{
    unsigned int i = 0,j = 0;
    while(j < len)
    {
        //这里& 0xFF为取后8位
        //i代表数字数组下标
        //j代表字符数组下标
        //把数字的8、8-16、16-24、24-32分别赋值给字符
        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;
    }
}  

/**********************************************************
 * 函数功能：利用位操作，按4->1方式把字符合成数字
 *
 * 参数分析：
 * unsigned int  *output ：输出的数字的数组
 * unsigned char *input  ：输入字符的数组
 * unsigned int  len     : 输入字符的长度 （单位：位）
 * *********************************************************/

void MD5Decode(unsigned int *output,unsigned char *input,unsigned int len)
{
    unsigned int i = 0,j = 0;
    while(j < len)
    {
        //利用位操作，把四个单位为1字节的字符，合成一个单位为4字节的数字
        //因为FF GG HH II和非线性函数都只能对数字进行处理
        //第一个字符占前8位，第二个占8-16位，第三个占16-24位，第四个占
        //24-32位。
        //i代表数字数组下标
        //j代表字符数组下标
        output[i] = (input[j]) |
            (input[j+1] << 8) |
            (input[j+2] << 16) |
            (input[j+3] << 24);
        i++;
        j+=4;
    }
}  

/**************************************************************
* 函数功能：对512位的block数据进行加密，并把加密结果存入state数组中
* 对512位信息(即block字符数组)进行一次处理，每次处理包括四轮
*state[4]：md5结构中的state[4]，用于保存对512bits信息加密的中间结果或者最终结果
* block[64]：欲加密的512bits信息或其中间数据
***************************************************************/
void MD5Transform(unsigned int state[4],unsigned char block[64])
{
    //a b c d继承上一个加密的结果，所以其具有继承性
    unsigned int a = state[0];
    unsigned int b = state[1];
    unsigned int c = state[2];
    unsigned int d = state[3];  

    //这里只需用到16个，我把原来的unsiged int x[64]  改为了 x[16]
    unsigned int x[16];  

    //把字符转化成数字，便于运算
    MD5Decode(x,block,64);  

    //具体函数方式固定，不再赘述

    /*************第一轮******************/
    FF(a, b, c, d, x[ 0], 7, 0xd76aa478);
    FF(d, a, b, c, x[ 1], 12, 0xe8c7b756);
    FF(c, d, a, b, x[ 2], 17, 0x242070db);
    FF(b, c, d, a, x[ 3], 22, 0xc1bdceee);   

    FF(a, b, c, d, x[ 4], 7, 0xf57c0faf);
    FF(d, a, b, c, x[ 5], 12, 0x4787c62a);
    FF(c, d, a, b, x[ 6], 17, 0xa8304613);
    FF(b, c, d, a, x[ 7], 22, 0xfd469501);   

    FF(a, b, c, d, x[ 8], 7, 0x698098d8);
    FF(d, a, b, c, x[ 9], 12, 0x8b44f7af);
    FF(c, d, a, b, x[10], 17, 0xffff5bb1);
    FF(b, c, d, a, x[11], 22, 0x895cd7be);   

    FF(a, b, c, d, x[12], 7, 0x6b901122);
    FF(d, a, b, c, x[13], 12, 0xfd987193);
    FF(c, d, a, b, x[14], 17, 0xa679438e);
    FF(b, c, d, a, x[15], 22, 0x49b40821);   

    /*************第二轮*****************/
    GG(a, b, c, d, x[ 1], 5, 0xf61e2562);
    GG(d, a, b, c, x[ 6], 9, 0xc040b340);
    GG(c, d, a, b, x[11], 14, 0x265e5a51);
    GG(b, c, d, a, x[ 0], 20, 0xe9b6c7aa);   

    GG(a, b, c, d, x[ 5], 5, 0xd62f105d);
    GG(d, a, b, c, x[10], 9,  0x2441453);
    GG(c, d, a, b, x[15], 14, 0xd8a1e681);
    GG(b, c, d, a, x[ 4], 20, 0xe7d3fbc8);   

    GG(a, b, c, d, x[ 9], 5, 0x21e1cde6);
    GG(d, a, b, c, x[14], 9, 0xc33707d6);
    GG(c, d, a, b, x[ 3], 14, 0xf4d50d87);
    GG(b, c, d, a, x[ 8], 20, 0x455a14ed);   

    GG(a, b, c, d, x[13], 5, 0xa9e3e905);
    GG(d, a, b, c, x[ 2], 9, 0xfcefa3f8);
    GG(c, d, a, b, x[ 7], 14, 0x676f02d9);
    GG(b, c, d, a, x[12], 20, 0x8d2a4c8a);   

    /*************第三轮*****************/
    HH(a, b, c, d, x[ 5], 4, 0xfffa3942);
    HH(d, a, b, c, x[ 8], 11, 0x8771f681);
    HH(c, d, a, b, x[11], 16, 0x6d9d6122);
    HH(b, c, d, a, x[14], 23, 0xfde5380c);   

    HH(a, b, c, d, x[ 1], 4, 0xa4beea44);
    HH(d, a, b, c, x[ 4], 11, 0x4bdecfa9);
    HH(c, d, a, b, x[ 7], 16, 0xf6bb4b60);
    HH(b, c, d, a, x[10], 23, 0xbebfbc70);   

    HH(a, b, c, d, x[13], 4, 0x289b7ec6);
    HH(d, a, b, c, x[ 0], 11, 0xeaa127fa);
    HH(c, d, a, b, x[ 3], 16, 0xd4ef3085);
    HH(b, c, d, a, x[ 6], 23,  0x4881d05);   

    HH(a, b, c, d, x[ 9], 4, 0xd9d4d039);
    HH(d, a, b, c, x[12], 11, 0xe6db99e5);
    HH(c, d, a, b, x[15], 16, 0x1fa27cf8);
    HH(b, c, d, a, x[ 2], 23, 0xc4ac5665);   

    /*************第四轮******************/
    II(a, b, c, d, x[ 0], 6, 0xf4292244);
    II(d, a, b, c, x[ 7], 10, 0x432aff97);
    II(c, d, a, b, x[14], 15, 0xab9423a7);
    II(b, c, d, a, x[ 5], 21, 0xfc93a039);   

    II(a, b, c, d, x[12], 6, 0x655b59c3);
    II(d, a, b, c, x[ 3], 10, 0x8f0ccc92);
    II(c, d, a, b, x[10], 15, 0xffeff47d);
    II(b, c, d, a, x[ 1], 21, 0x85845dd1);   

    II(a, b, c, d, x[ 8], 6, 0x6fa87e4f);
    II(d, a, b, c, x[15], 10, 0xfe2ce6e0);
    II(c, d, a, b, x[ 6], 15, 0xa3014314);
    II(b, c, d, a, x[13], 21, 0x4e0811a1);   

    II(a, b, c, d, x[ 4], 6, 0xf7537e82);
    II(d, a, b, c, x[11], 10, 0xbd3af235);
    II(c, d, a, b, x[ 2], 15, 0x2ad7d2bb);
    II(b, c, d, a, x[ 9], 21, 0xeb86d391);   

    //更换原来的结果
    state[0] += a;
    state[1] += b;
    state[2] += c;
    state[3] += d;
}  

int main(int argc, char *argv[])
{
    MD5_CTX md5;  //定义一个MD5 text
    MD5Init(&md5);//初始化
    int i;
    unsigned char encrypt[] ="admin";//要加密内容
    //21232f297a57a5a743894a0e4a801fc3
    unsigned char decrypt[16]; //加密结果
    MD5Update(&md5,encrypt,strlen((char *)encrypt));//进行初步分组加密
    MD5Final(&md5,decrypt);   //进行后序的补足，并加密 

    printf("加密前:%s\n加密后16位:",encrypt);
    for(i=4;i<12;i++)
    {
        printf("%02x",decrypt[i]);  //02x前需要加上 %
    }  

    printf("\n加密前:%s\n加密后32位:",encrypt);
    for(i=0;i<16;i++)
    {
        printf("%02x",decrypt[i]);  //02x前需要加上 %
    }  

    return 0;
}

看过代码，相信已经有了初步的理解。这里我再根据我的理解来总结一下：

1.首先其核心部分为这九个函数：

#define F(x,y,z) ((x & y) | (~x & z))
#define G(x,y,z) ((x & z) | (y & ~z))
#define H(x,y,z) (x^y^z)
#define I(x,y,z) (y ^ (x | ~z))

#define FF(a,b,c,d,x,s,ac) { a += F(b,c,d) + x + ac;  a = ROTATE_LEFT(a,s); a += b; }
#define GG(a,b,c,d,x,s,ac) { a += G(b,c,d) + x + ac;  a = ROTATE_LEFT(a,s); a += b; }
#define HH(a,b,c,d,x,s,ac) { a += H(b,c,d) + x + ac;  a = ROTATE_LEFT(a,s); a += b; }
#define II(a,b,c,d,x,s,ac) { a += I(b,c,d) + x + ac;  a = ROTATE_LEFT(a,s); a += b; }

#define ROTATE_LEFT(x,n) ((x << n) | (x >> (32-n)))

可以说这九个函数和一些固定参数组成了加密核心，我们把它视为一个模块，

这个模块输入为4个unsigned int 类型数字和x[16]   经过一系列位运算，输出 4个unsinged int 类型数字

而且其有连续性特点 ，即其上一次的加密结果会在本此加密中作为初始值进行加密，

外加了由 输入数据 转化成的x[]数组，参入到其中。

实现这个功能是由其实现：

<pre name="code" class="cpp" style="font-size: 18px;">void MD5Transform(unsigned int state[4],unsigned char block[64]);  



2.我们现在只需对数据进行处理，处理成与其所输入类型相同的数据。


根据其输入特征，我们需要512位 （64个字节）的数据，所以我们以512位为一组，


下面需要做的就是进行分组和最后加入长度信息的补全，


分组由其实现：


void MD5Update(MD5_CTX *context,unsigned char *input,unsigned int inputlen);  


加入长度信息的补全由其实现：


void MD5Final(MD5_CTX *context,unsigned char digest[16]);  


由于数据为unsinged char类型，所以在这个过程中肯定会涉及到unsinged char 和 unsinged int 类型的转化。


unsinged char ->unsinged int由其实现：


void MD5Decode(unsigned int *output,unsigned char *input,unsigned int len)  


unsinged int ->unsinged char由其实现：


void MD5Encode(unsigned char *output,unsigned int *input,unsigned int len)  


下面我自己改了一下，改成一个MD5加密器，原理完全一样，只是做了小小的修改：


/*************************************************************************
	> File Name: md5_1.cpp
	> Author:chudongfang
	> Mail:[email protected]
	> Created Time: 2016年06月22日 星期三 16时12分30秒
 ************************************************************************/

#include <string.h>
#include <math.h>
#include <stdio.h>

/***********************************
 * 非线性函数
 * (&是与,|是或,~是非,^是异或)
 *
 * 这些函数是这样设计的：
 *   如果X、Y和Z的对应位是独立和均匀的，
 *   那么结果的每一位也应是独立和均匀的。
 *
 * 函数F是按逐位方式操作：如果X，那么Y，否则Z。
 * 函数H是逐位奇偶操作符
 **********************************/
#define F(x,y,z) ((x & y) | (~x & z))
#define G(x,y,z) ((x & z) | (y & ~z))
#define H(x,y,z) (x^y^z)
#define I(x,y,z) (y ^ (x | ~z))  

/**************************************
 *向右环移n个单位
 * ************************************/
#define ROTATE_LEFT(x,n) ((x << n) | (x >> (32-n)))  

/****************************************************
 * 每次操作对a，b，c和d中的其中三个作一次非线性函数运算
 *  F(b,c,d)   G(b,c,d)   H(b,c,d)   I(b,c,d)
 *
 * 然后将所得结果加上 第四个变量(a)，
 * F(b,c,d)+a
 *
 * 文本的一个子分组(x)
 * F(b,c,d)+a+x
 *
 * 和一个常数(ac)。
 * F(b,c,d)+a+x+ac
 *
 * 再将所得结果向右环移一个不定的数(s)，
 * ROTATE_LEFT( F(b,c,d)+a+x+ac , s )
 *
 * 并加上a，b，c或d中之一(b)。
 * ROTATE_LEFT( F(b,c,d)+a+x+ac , s )+b
 *
 * 最后用该结果取代a，b，c或d中之一(a)。
 * a=ROTATE_LEFT( F(b,c,d)+a+x+ac , s )+b
 *
 * ***************************************************/

#define FF(a,b,c,d,x,s,ac) { a += F(b,c,d) + x + ac;  a = ROTATE_LEFT(a,s); a += b; }
#define GG(a,b,c,d,x,s,ac) { a += G(b,c,d) + x + ac;  a = ROTATE_LEFT(a,s); a += b; }
#define HH(a,b,c,d,x,s,ac) { a += H(b,c,d) + x + ac;  a = ROTATE_LEFT(a,s); a += b; }
#define II(a,b,c,d,x,s,ac) { a += I(b,c,d) + x + ac;  a = ROTATE_LEFT(a,s); a += b; }

//储存一个MD5 text信息
typedef struct
{
    unsigned int count[2];
    //记录当前状态，其数据位数   

    unsigned int state[4];
    //4个数，一共32位 记录用于保存对512bits信息加密的中间结果或者最终结果  

    unsigned char buffer[64];
    //一共64字节，512位
}MD5_CTX;  

//第一位1 其后若干个0,用于MD5Final函数时的补足
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};  

//函数声明区，每个函数在下面都有较详细说明，这里不再赘述

void MD5Init(MD5_CTX *context);  

void MD5Update(MD5_CTX *context,unsigned char *input,unsigned int inputlen);  

void MD5Final(MD5_CTX *context,unsigned char digest[16]);  

void MD5Transform(unsigned int state[4],unsigned char block[64]);  

void MD5Encode(unsigned char *output,unsigned int *input,unsigned int len);  

void MD5Decode(unsigned int *output,unsigned char *input,unsigned int len);  

void MD5();

/************************
 * 函数功能：初始化一个MD5 text
 * 函数参数：MD5 text 指针
 * ***********************/
//初始化
void MD5Init(MD5_CTX *context)
{
    context->count[0] = 0;
    context->count[1] = 0;
    //分别赋固定值
    context->state[0] = 0x67452301;
    context->state[1] = 0xEFCDAB89;
    context->state[2] = 0x98BADCFE;
    context->state[3] = 0x10325476;
}  

/************************************************
 * 函数功能：对一个MD5 text,把输入的数据进行分组，并进行加密
 * 未用到的数据把其储存在MD5 text中。
 *
 * 参数分析：
 * MD5_CTX *context       ：一个MD5 text
 * unsigned char *input   ：新添加的数据
 * unsigned int inputlen  ：新添加数据的长度(字节)
 *
 ***********************************************/

void MD5Update(MD5_CTX *context,unsigned char *input,unsigned int inputlen)
{
    unsigned int i = 0,index = 0,partlen = 0;  

    //index：当前状态的位数对64取余，其单位是字节
    //也可以写作：  index=(context->count[0]/8)%64
    index = (context->count[0] >> 3) & 0x3F;  

    //partlen:可以补齐64字节的字节数
    partlen = 64 - index;  

    //下面代码是解决一个unsignde int 无法储存极大数据导致溢出的问题
    //当前位数加上新添加的位数，由于inputlen是以字节为单位，所以其转换为位数
    //相当于context->count[0] += inputlen*8;
    context->count[0] += inputlen << 3;  

    //当其出现溢出的情况时，通过以下操作把两个16位的数连在一块，生成一个
    //32位的二进制数串，从而扩大其储存范围
    if(context->count[0] < (inputlen << 3))
        context->count[1]++;

    //该语句可替换为 context->count[1]+=(inputlen<<3)>>32;
    //便于理解
    context->count[1] += inputlen >> 29;  

    //当其输入字节数的大于其可以补足64字节的字节数，进行补足
    if(inputlen >= partlen)
    {
        //向buffer中补足partlen个字节，使其到达64字节
        memcpy(&context->buffer[index],input,partlen);

        //buffer达到64字节512位，则把其作为一组进行运算
        MD5Transform(context->state,context->buffer);  

        //如果输入的数据还可以组成多个64字节，则把其可以组成
        //的作为若干组进行运算
        for(i = partlen;i+64 <= inputlen;i+=64)
            MD5Transform(context->state,&input[i]);  

        //恢复0值，照应 下面 把输入 剩余字节(不能组成64字节组) 储存的操作
        index = 0;
    }
    //否则，把输入的数据按顺序放在原来数据后面
    else
    {
        i = 0;
    }  

    //放置剩余数据
    memcpy(&context->buffer[index],&input[i],inputlen-i);
}  

/*************************************************
 * 函数功能：对数据进行补足，并加入数据位数信息，并进一步加密
 *
 * 参数分析：
 * MD5_CTX *context          :一个MD5 text
 * unsigned char digest[16]  :储存加密结果的数组
 *************************************************/

void MD5Final(MD5_CTX *context,unsigned char digest[16])
{
    unsigned int index = 0,padlen = 0;  

    //bits： 8个字节，64位
    unsigned char bits[8];  

    //index:对64取余结果
    index = (context->count[0] >> 3) & 0x3F;
    //因为要填充满足使其位长对512求余的结果等于448（56位）
    //所以当其所剩余的数小于56字节，则填充56-index字节，
    //否则填充120-index字节
    //这里padlen代表其所需填充的字节
    padlen = (index < 56)?(56-index):(120-index);  

    //然后，在这个结果后面附加一个以64位二进制表示的填充前数据长度。
    //把填充前数据数据长度转换后放到bit字符数组中
    MD5Encode(bits,context->count,8);

    //根据已经存储好的数组PADDING，在信息的后面填充一个1和无数个0，
    //直到满足上面的条件时才停止用0对信息的填充
    //其填充后进行了一系列的加密操作，其定剩余48个字节
    MD5Update(context,PADDING,padlen);  

    //在最后添加进8个字节的数据长度信息，最后凑成一组，进行一次加密处理
    MD5Update(context,bits,8);  

    //把最终得到的加密信息变成字符输出，共16字节
    MD5Encode(digest,context->state,16);
}  

/**********************************************************
 * 函数功能：利用位操作，按1->4方式把数字分解成字符
 *
 * 参数分析：
 * unsigned char  *output ：输出的字符的数组
 * unsigned int   *input  ：输入数字的数组
 * unsigned int   len     : 输入数字数组的长度（单位：位）
 * *********************************************************/

void MD5Encode(unsigned char *output,unsigned int *input,unsigned int len)
{
    unsigned int i = 0,j = 0;
    while(j < len)
    {
        //这里& 0xFF为取后8位
        //i代表数字数组下标
        //j代表字符数组下标
        //把数字的8、8-16、16-24、24-32分别赋值给字符
        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;
    }
}  

/**********************************************************
 * 函数功能：利用位操作，按4->1方式把字符合成数字
 *
 * 参数分析：
 * unsigned int  *output ：输出的数字的数组
 * unsigned char *input  ：输入字符的数组
 * unsigned int  len     : 输入字符的长度 （单位：位）
 * *********************************************************/

void MD5Decode(unsigned int *output,unsigned char *input,unsigned int len)
{
    unsigned int i = 0,j = 0;
    while(j < len)
    {
        //利用位操作，把四个单位为1字节的字符，合成一个单位为4字节的数字
        //因为FF GG HH II和非线性函数都只能对数字进行处理
        //第一个字符占前8位，第二个占8-16位，第三个占16-24位，第四个占
        //24-32位。
        //i代表数字数组下标
        //j代表字符数组下标
        output[i] = (input[j]) |
            (input[j+1] << 8) |
            (input[j+2] << 16) |
            (input[j+3] << 24);
        i++;
        j+=4;
    }
}  

/**************************************************************
* 函数功能：对512位的block数据进行加密，并把加密结果存入state数组中
* 对512位信息(即block字符数组)进行一次处理，每次处理包括四轮
*state[4]：md5结构中的state[4]，用于保存对512bits信息加密的中间结果或者最终结果
* block[64]：欲加密的512bits信息或其中间数据
***************************************************************/
void MD5Transform(unsigned int state[4],unsigned char block[64])
{
    //a b c d继承上一个加密的结果，所以其具有继承性
    unsigned int a = state[0];
    unsigned int b = state[1];
    unsigned int c = state[2];
    unsigned int d = state[3];  

    //这里只需用到16个，我把原来的unsiged int x[64]  改为了 x[16]
    unsigned int x[16];  

    //把字符转化成数字，便于运算
    MD5Decode(x,block,64);  

    //具体函数方式固定，不再赘述

    /*************第一轮******************/
    FF(a, b, c, d, x[ 0], 7, 0xd76aa478);
    FF(d, a, b, c, x[ 1], 12, 0xe8c7b756);
    FF(c, d, a, b, x[ 2], 17, 0x242070db);
    FF(b, c, d, a, x[ 3], 22, 0xc1bdceee);   

    FF(a, b, c, d, x[ 4], 7, 0xf57c0faf);
    FF(d, a, b, c, x[ 5], 12, 0x4787c62a);
    FF(c, d, a, b, x[ 6], 17, 0xa8304613);
    FF(b, c, d, a, x[ 7], 22, 0xfd469501);   

    FF(a, b, c, d, x[ 8], 7, 0x698098d8);
    FF(d, a, b, c, x[ 9], 12, 0x8b44f7af);
    FF(c, d, a, b, x[10], 17, 0xffff5bb1);
    FF(b, c, d, a, x[11], 22, 0x895cd7be);   

    FF(a, b, c, d, x[12], 7, 0x6b901122);
    FF(d, a, b, c, x[13], 12, 0xfd987193);
    FF(c, d, a, b, x[14], 17, 0xa679438e);
    FF(b, c, d, a, x[15], 22, 0x49b40821);   

    /*************第二轮*****************/
    GG(a, b, c, d, x[ 1], 5, 0xf61e2562);
    GG(d, a, b, c, x[ 6], 9, 0xc040b340);
    GG(c, d, a, b, x[11], 14, 0x265e5a51);
    GG(b, c, d, a, x[ 0], 20, 0xe9b6c7aa);   

    GG(a, b, c, d, x[ 5], 5, 0xd62f105d);
    GG(d, a, b, c, x[10], 9,  0x2441453);
    GG(c, d, a, b, x[15], 14, 0xd8a1e681);
    GG(b, c, d, a, x[ 4], 20, 0xe7d3fbc8);   

    GG(a, b, c, d, x[ 9], 5, 0x21e1cde6);
    GG(d, a, b, c, x[14], 9, 0xc33707d6);
    GG(c, d, a, b, x[ 3], 14, 0xf4d50d87);
    GG(b, c, d, a, x[ 8], 20, 0x455a14ed);   

    GG(a, b, c, d, x[13], 5, 0xa9e3e905);
    GG(d, a, b, c, x[ 2], 9, 0xfcefa3f8);
    GG(c, d, a, b, x[ 7], 14, 0x676f02d9);
    GG(b, c, d, a, x[12], 20, 0x8d2a4c8a);   

    /*************第三轮*****************/
    HH(a, b, c, d, x[ 5], 4, 0xfffa3942);
    HH(d, a, b, c, x[ 8], 11, 0x8771f681);
    HH(c, d, a, b, x[11], 16, 0x6d9d6122);
    HH(b, c, d, a, x[14], 23, 0xfde5380c);   

    HH(a, b, c, d, x[ 1], 4, 0xa4beea44);
    HH(d, a, b, c, x[ 4], 11, 0x4bdecfa9);
    HH(c, d, a, b, x[ 7], 16, 0xf6bb4b60);
    HH(b, c, d, a, x[10], 23, 0xbebfbc70);   

    HH(a, b, c, d, x[13], 4, 0x289b7ec6);
    HH(d, a, b, c, x[ 0], 11, 0xeaa127fa);
    HH(c, d, a, b, x[ 3], 16, 0xd4ef3085);
    HH(b, c, d, a, x[ 6], 23,  0x4881d05);   

    HH(a, b, c, d, x[ 9], 4, 0xd9d4d039);
    HH(d, a, b, c, x[12], 11, 0xe6db99e5);
    HH(c, d, a, b, x[15], 16, 0x1fa27cf8);
    HH(b, c, d, a, x[ 2], 23, 0xc4ac5665);   

    /*************第四轮******************/
    II(a, b, c, d, x[ 0], 6, 0xf4292244);
    II(d, a, b, c, x[ 7], 10, 0x432aff97);
    II(c, d, a, b, x[14], 15, 0xab9423a7);
    II(b, c, d, a, x[ 5], 21, 0xfc93a039);   

    II(a, b, c, d, x[12], 6, 0x655b59c3);
    II(d, a, b, c, x[ 3], 10, 0x8f0ccc92);
    II(c, d, a, b, x[10], 15, 0xffeff47d);
    II(b, c, d, a, x[ 1], 21, 0x85845dd1);   

    II(a, b, c, d, x[ 8], 6, 0x6fa87e4f);
    II(d, a, b, c, x[15], 10, 0xfe2ce6e0);
    II(c, d, a, b, x[ 6], 15, 0xa3014314);
    II(b, c, d, a, x[13], 21, 0x4e0811a1);   

    II(a, b, c, d, x[ 4], 6, 0xf7537e82);
    II(d, a, b, c, x[11], 10, 0xbd3af235);
    II(c, d, a, b, x[ 2], 15, 0x2ad7d2bb);
    II(b, c, d, a, x[ 9], 21, 0xeb86d391);   

    //更换原来的结果
    state[0] += a;
    state[1] += b;
    state[2] += c;
    state[3] += d;
}  

void MD5()
{
	MD5_CTX md5;  //定义一个MD5 text
    MD5Init(&md5);//初始化
	unsigned char encrypt[1000];//要加密内容
    unsigned char decrypt[16]; //加密结果   

    printf("请输入要加密的信息：");
    scanf("%s",encrypt);

    MD5Update(&md5,encrypt,strlen((char *)encrypt));//进行初步分组加密
    MD5Final(&md5,decrypt);   //进行后序的补足，并加密 

    printf("\n加密前：%s\n加密后16位:",encrypt);
    for(int i=4;i<12;i++)
        printf("%02x",decrypt[i]);  //02x前需要加上 % 

    printf("\n加密后：%s\n加密后32位:",encrypt);
    for(int i=0;i<16;i++)
        printf("%02x",decrypt[i]);  //02x前需要加上 %  

}

int main(int argc, char *argv[])
{
	int chioce;
	do
	{
    	printf("\n\t\t**********MD5加密器××********\n");
    	printf("\t\t*        1.数据加密           *\n");
    	printf("\t\t*        0.退出               *\n");
    	printf("\t\t*******************************\n");
    	printf("\t\t请选择：");
    	scanf("%d",&chioce);
        switch(chioce)
    	{
    	    case 1:
                MD5();
        		break;
        	default:
	        	break;
    	}
	}while(chioce!=0);
	return 0;
}



本文为原创作品，转载请注明出处：http://write.blog.csdn.net/postedit/51736426


附MD5加密网站：http://tool.chinaz.com/tools/md5.aspx
				


				
时间： 2024-10-12 08:01:37 

		


		


	

	
	

		


		
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