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并没写原始的地址，因为这是我整合的，作者太多，包括我。太匆忙，原作者可以联系我。

简介

MD5适用于数据完整性校验的。将任意长度的字节串(所以是基于底层的二进制串的)，映射成为一个128位的大整数2^128种可能性。同样的内容经过md5，会得到同样的128位码。本质上是散列算法，有损的信息压缩，并且是不可逆的。

MD5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。

一个安全的散列算法具有如下特点：

（1）仅从散列值无法反推出原信息；

（2）两个不同数字信息产生同样的散列值的概率是非常小的，几乎为零；

（3）原信息的微小改变（哪怕只改变一位），将导致散列值的很大变化。

线性同余随机数服从均匀分布

2 实现步骤

2.1 填充

在MD5算法中，首先需要对信息进行填充，使其字节长度对512求余数的结果等于448。因此，信息的字节长度（Bits Length）将被扩展至N*512+448，即N*64+56个字节（Bytes），N为一个正整数。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。然后再在这个结果后面附加一个以64位二进制表示的填充前的信息长度。经过这两步的处理，现在的信息字节长度=N*512+448+64=(N+1)*512，即长度恰好是512的整数倍数。这样做的原因是为满足后面处理中对信息长度的要求。

2.2 设置链接变量

MD5中有四个32位被称作链接变量（ChainingVariable）的整数参数，他们分别为：A=0x01234567，B=0x89abcdef，C=0xfedcba98，D=0x76543210。当设置好这四个链接变量后，就开始进入算法的四轮循环运算，循环的次数是信息中512位信息分组的数目。

2.3 进行主循环

接着进行算法的主循环，循环的次数是消息中512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，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。

2.3.1 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）具体表示请看附录。

2.3.2 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。

3 MD5的安全性

虽然应该先吹一波MD5如何安全，如何均匀，但是，MD5是不安全的。

对于两个不同数字信息产生同样的散列值的概率是非常小的，几乎为零，需要明确的是，散列算法是一个将无穷维空间的信息映射到有限维空间的变换，不是一个一一映射。实际上一个散列值可能对应有无穷多个数字信息，换言之，会有无穷多个数字信息产生同样一个散列值。产生相同散列值的两个不同的消息被称为碰撞（Collision），所以，散列函数存在碰撞是必然的。我们定义一个“安全”的散列算法，主要是指在以下三种意义上是“计算安全”的：

其一：//Preimage Attack（原像攻击）

给定明文M1，找到另一明文M2(不等于M1），使得hash(M1)=hash(M2)；

其二： //Second Preimage Attack（二次原像攻击）

给定明文M1，找到另一明文M2(不等于M1），使得hash(M1)=hash(M2)；

其三：//CollisionAttack(碰撞攻击)

找到两个不同的M1和M2，使得hash(M1)=hash(M2)。

对于原像攻击（Preimage Attack），实际应用中最常见的是采用“字典法”，将明文和密文对存储起来，使用时只需查询出来即可。这种方法看似技术含量不高，事实上确实最具威胁性。目前互联网上已经有近百个此类查询站点了。

对于次原像攻击（Second Preimage Attack），目前密码学界尚未有突破性进展，可以认为是MD5算法是“计算安全”的。

MD5的输出为128位，若采用纯强力攻击寻找一个消息具有给定Hash值的计算困难性为2128，用每秒可试验1000000000个消息的计算机需时1.07×1022年。若采用生日攻击法，寻找有相同Hash值的两个消息需要试验264个消息，用每秒可试验1000000000个消息的计算机需时585年。

不过事实上，2004年，王小云教授证明MD5数字签名算法可以产生碰撞，2009年，冯登国、谢涛二人利用差分攻击，将MD5的碰撞算法复杂度从王小云的2^42进一步降低到2^21，极端情况下甚至可以降低至2^10。仅仅2^21的复杂度意味着即便是在2008年的计算机上，也只要几秒便可以找到一对碰撞。

4 MD5加盐

还有一种增加安全性的手段是，MD5加盐，就是在Md5码上加上别的字符串（盐），所以即使有暴力破解的手段，不知道盐，依旧不能得到真正的Md5码。

通过密码加盐，密码的安全性已经提高了不少。但是还可以进一步改进。

假设字符串拼接算法、盐值已外泄，上面的代码至少存在下面问题：

短盐值：需要穷举的可能性较少，容易暴力破解，一般采用长盐值来解决。

盐值固定：类似的，攻击者只需要把常用密码+盐值的hash值表算出来，就完事大吉了。

短盐值自不必说，应该避免。对于为什么不应该使用固定盐值，这里需要多解释一下。很多时候，我们的盐值是硬编码到我们的代码里的（比如配置文件），一旦坏人通过某种手段获知了盐值，那么，只需要针对这串固定的盐值进行暴力穷举就行了。

4.1 随机盐值。

密码一样，由于采用了随机盐值，前后运算得出的结果是不同的。这样带来的好处是，多个用户，同样的密码，攻击者需要进行多次运算才能够完全破解。同样是纯数字3位短盐值，随机盐值破解所需的运算量，是固定盐值的1000倍。

5 MD6

MD5被攻破后，在Crypto2008上， Rivest提出了MD6算法，该算法的Blocksize为512 bytes(MD5的Block Size是512 bits), Chaining value长度为1024 bits, 算法增加了并行机制，适合于多核CPU。在安全性上，Rivest宣称该算法能够抵抗截至目前已知的所有的攻击（包括差分攻击）。

附录：

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,M10,9,0×02441453)

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

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

GG(a,b,c,d,M9,5,0x21e1cde6)

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)

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