MD5 标准算法详解

1 简介

视频参考（本文参考视频中的例子）
目的：
将任意长度的明文，转化为128位的哈希值
例如将 123456 转化成 e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e (16进制)

特点：
1）不可逆，相同数据的MD5值肯定一样，不同数据的MD5值不一样
2）抗修改性：对原数据进行任何改动，哪怕只修改1个字节，所得到的MD5值都有很大区别。
3）弱抗碰撞：已知原数据和其MD5值，想找到一个具有相同MD5值的数据（即伪造数据）是非常困难的。
4）强抗碰撞：想找到两个不同的数据，使它们具有相同的MD5值，是非常困难的。

2 计算准备——数据填充

假设明文为China,my great country
2.1 转化成16进制
首先将明文按码表(ASCII)转换成16进制码，得到16进制格式的字符串 H1

C	h	i	n	a	,	m	y
43	68	69	6E	61	2C	6D	79
	g	r	e	a	t		c
20	67	72	65	61	74	20	63
o	u	n	t	r	y
6F	75	6E	74	72	79

即H1 = 4368696E612C6D7920677265617420636F756E747279

2.2 补充至448位
先将 H1 转化为二进制码 B1 ，B1 得数据长度为 n1
若n1 对 512 取模不得 448，需要填充数据。在 B1 后面填充：填充的第一位为1，其余为0。由此得到 B2 。B2 的数据长度对 512 取模得 448

2.3 补充至512位
将 n1 转化为二进制码 Bn1 ，合并B2 与 Bn1 ，如果还不足 512位，则补0
设处理结果为 B3 ，将 B3 转化为16进制码得到 H2 ，我们将用 H2 进行计算
例子中的H2由三部分组成
H2= 4368696E612C6D7920677265617420636F756E747279
和
80……0(用于补充至448位，该部分补充了二进制数272位)
和
B000……0(用于补充到512位，该部分补充了64位)

3 计算准备——循环次数、初始参数和函数

计算过程分为主循环和子循环
3.1 循环的次数
假设处理后的原文长度是 M，即 H2 的数据长度
主循环的次数 = M/512 次(在例子中为一次)
自循环的次数 = 512 / 32 * 4 = 64 次

3.2 计算中要使用的函数
1）MD5中使用的四种函数

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))

2）MD5中使用的四种操作

FF(a,b,c,d,Mi,s,tj)  表示 a=b+((a+(F(b,c,d)+Mi+tj)<<< s)
GG(a,b,c,d,Mi,s,tj)  表示 a=b+((a+(G(b,c,d)+Mi+tj)<<< s)
HH(a,b,c,d,Mi,s,tj)  表示 a=b+((a+(H(b,c,d)+Mi+tj)<<< s)
II(a,b,c,d,Mi,s,tj)  表示 a=b+((a+(I(b,c,d)+Mi+tj)<<< s)1）其中Mi表示消息的第i个子分组（从0到15，共16个），详情看3.3
2）<<< s表示循环左移s位
3）常数tj为：在第j步中，tj是4294967296*abs(sin(j))的整数部分，i的单位是弧度。
(4294967296是2的32次方)
亦可用 0x100000000UL * abs(sin((double)j)) 计算
4）i和j 都是针对一次主循环而言的，下一个主循环开始后，i和j将重置。
5）a,b,c,d 就是每一步中的 A,B,C,D，详情见3.4

3.3 将 H2 分成 16 组
在例子中，H2 = 4368696E612C6D7920677265617420636F756E747279 80000……000B000000000000000
则每 8 个16进制码为一组，并且将顺序反转
例如M[0]= 43 68 69 6E的反转 = 6E 69 68 43
根据这种方式将 H2 分成16组，分别是M[0]-M[15]

3.4 四个初始值
四个初始值是MD5这个算法提前定义好的，分别是4个32位的值，总共刚好128位。

A=0x01234567
B=0x89ABCDEF
C=0xFEDCBA98
D=0x76543210

4 一次主循环的计算过程

在子循环中，将 F、G、H、I 交替使用，第一个 16 次使用 F，第二个 16 次使用 G，第三个 16 次使用 H，第四个 16 次使用 I。

第一轮
a=FF(a,b,c,d,M0,7,0xd76aa478)
b=FF(d,a,b,c,M1,12,0xe8c7b756)
c=FF(c,d,a,b,M2,17,0x242070db)
d=FF(b,c,d,a,M3,22,0xc1bdceee)
a=FF(a,b,c,d,M4,7,0xf57c0faf)
b=FF(d,a,b,c,M5,12,0x4787c62a)
c=FF(c,d,a,b,M6,17,0xa8304613)
d=FF(b,c,d,a,M7,22,0xfd469501)
a=FF(a,b,c,d,M8,7,0x698098d8)
b=FF(d,a,b,c,M9,12,0x8b44f7af)
c=FF(c,d,a,b,M10,17,0xffff5bb1)
d=FF(b,c,d,a,M11,22,0x895cd7be)
a=FF(a,b,c,d,M12,7,0x6b901122)
b=FF(d,a,b,c,M13,12,0xfd987193)
c=FF(c,d,a,b,M14,17,0xa679438e)
d=FF(b,c,d,a,M15,22,0x49b40821)第二轮
a=GG(a,b,c,d,M1,5,0xf61e2562)
b=GG(d,a,b,c,M6,9,0xc040b340)
c=GG(c,d,a,b,M11,14,0x265e5a51)
d=GG(b,c,d,a,M0,20,0xe9b6c7aa)
a=GG(a,b,c,d,M5,5,0xd62f105d)
b=GG(d,a,b,c,M10,9,0x02441453)
c=GG(c,d,a,b,M15,14,0xd8a1e681)
d=GG(b,c,d,a,M4,20,0xe7d3fbc8)
a=GG(a,b,c,d,M9,5,0x21e1cde6)
b=GG(d,a,b,c,M14,9,0xc33707d6)
c=GG(c,d,a,b,M3,14,0xf4d50d87)
d=GG(b,c,d,a,M8,20,0x455a14ed)
a=GG(a,b,c,d,M13,5,0xa9e3e905)
b=GG(d,a,b,c,M2,9,0xfcefa3f8)
c=GG(c,d,a,b,M7,14,0x676f02d9)
d=GG(b,c,d,a,M12,20,0x8d2a4c8a)第三轮
a=HH(a,b,c,d,M5,4,0xfffa3942)
b=HH(d,a,b,c,M8,11,0x8771f681)
c=HH(c,d,a,b,M11,16,0x6d9d6122)
d=HH(b,c,d,a,M14,23,0xfde5380c)
a=HH(a,b,c,d,M1,4,0xa4beea44)
b=HH(d,a,b,c,M4,11,0x4bdecfa9)
c=HH(c,d,a,b,M7,16,0xf6bb4b60)
d=HH(b,c,d,a,M10,23,0xbebfbc70)
a=HH(a,b,c,d,M13,4,0x289b7ec6)
b=HH(d,a,b,c,M0,11,0xeaa127fa)
c=HH(c,d,a,b,M3,16,0xd4ef3085)
d=HH(b,c,d,a,M6,23,0x04881d05)
a=HH(a,b,c,d,M9,4,0xd9d4d039)
b=HH(d,a,b,c,M12,11,0xe6db99e5)
c=HH(c,d,a,b,M15,16,0x1fa27cf8)
d=HH(b,c,d,a,M2,23,0xc4ac5665)第四轮
a=II(a,b,c,d,M0,6,0xf4292244)
b=II(d,a,b,c,M7,10,0x432aff97)
c=II(c,d,a,b,M14,15,0xab9423a7)
d=II(b,c,d,a,M5,21,0xfc93a039)
a=II(a,b,c,d,M12,6,0x655b59c3)
b=II(d,a,b,c,M3,10,0x8f0ccc92)
c=II(c,d,a,b,M10,15,0xffeff47d)
d=II(b,c,d,a,M1,21,0x85845dd1)
a=II(a,b,c,d,M8,6,0x6fa87e4f)
b=II(d,a,b,c,M15,10,0xfe2ce6e0)
c=II(c,d,a,b,M6,15,0xa3014314)
d=II(b,c,d,a,M13,21,0x4e0811a1)
a=II(a,b,c,d,M4,6,0xf7537e82)
b=II(d,a,b,c,M11,10,0xbd3af235)
c=II(c,d,a,b,M2,15,0x2ad7d2bb)
d=II(b,c,d,a,M9,21,0xeb86d391)

一次主循环后，将获取到的A,B,C,D当作下一轮的A,B,C,D的初始值，进行下一轮的计算。
主循环的计算次数在3.1节中已给出。

5 获取摘要

5.1 计算A’,B’,C’,D’
经过指定轮的主循环的计算，可以获得最终结果A,B,C,D(16进制格式)
假设A=3A 6F 62 0E
则A’= A 的反转 = 0E 62 6F 3A
将A,B,C,D 按上面的方式转化成A’,B’,C’,D’

5.2 获取最终结果
将A’,B’,C’,D’ 合并后，就是MD5标准加密后的16进制结果。
例子中的结果为：0E626F3A097331FE132F59DF4091F775

6 md5盐值加密

md5盐值加密基于md5标准加密算法
6.1 盐值
1）盐值为一个字符串salt，是程序员定义的
2）可以是定值，也可以是通过明文构造出来的字符串

6.2 加密过程
原明文为 M，盐值为salt，MD5标准加密算法函数为md5(x)
则加密对象为M+ salt
加密结果 = md5(M+salt)，这就是盐值加密结果