MD5算法原理

md5算法实现：

输入：不定长度信息（要加密的信息）

输出：固定长度128-bits。由四个32位分组组成，将这四个32位分组级联后将生成一个128位散列值。

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。

流程图：

1.填充在MD5算法中，首先需要对输入信息进行填充，使其位长对512求余的结果等于448，并且填充必须进行，即使其位长对512求余的结果等于448。因此，信息的位长（Bits Length）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：1) 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。2) 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（单位为Bit），如果二进制表示的填充前信息长度超过64位，则取低64位。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。

2. 初始化变量（变量值一般不变）初始的128位值为初试链接变量，这些参数用于第一轮的运算，以大端字节序来表示，他们分别为： 

A=0x01234567，

B=0x89ABCDEF，

C=0xFEDCBA98，

D=0x76543210。（每一个变量给出的数值是高字节存于内存低地址，低字节存于内存高地址，即大端字节序。在程序中变量A、B、C、D的值分别为0x67452301，0xEFCDAB89，0x98BADCFE，0x10325476）

3. 处理分组数据每一分组的算法流程如下：（1）第一分组需要将上面四个链接变量复制到另外四个变量中：A到a，B到b，C到c，D到d。

（2）从第二分组开始的变量为上一分组的运算结果，即A = a， B = b， C = c， D = d。

主循环有四轮（MD4只有三轮），每轮循环都很相似。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。再将所得结果向左环移一个不定的数，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。

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。

以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 ^ ZI( X ,Y ,Z ) =Y ^ ( X | (~Z) )（&是与（And），|是或（Or），~是非（Not），^是异或（Xor））这四个函数的说明：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。F是一个逐位运算的函数。即，如果X，那么Y，否则Z。函数H是逐位奇偶操作符。假设Mj表示消息的第j个子分组（从0到15），常数ti是4294967296*abs( sin(i) ）的整数部分，i 取值从1到64，单位是弧度。（4294967296=2^(32)）

现定义：FF(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti ) 操作为 a = b + ( (a + F(b,c,d) + Mj + ti) << s)GG(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti ) 操作为 a = b + ( (a + G(b,c,d) + Mj + ti) << s)HH(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti) 操作为 a = b + ( (a + H(b,c,d) + Mj + ti) << s)II(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti) 操作为 a = b + ( (a + I(b,c,d) + Mj + ti) << s)注意：“<<”表示循环左移位，不是左移位。

这四轮（共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 ,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 ,0x02441453 )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 )

所有这些完成之后，将a、b、c、d分别在原来基础上再加上A、B、C、D。即a = a + A，b = b + B，c = c + C，d = d + D然后用下一分组数据继续运行以上算法。

4. 输出最后的输出是a、b、c和d的级联。

MD5相对MD4所作的改进： 1.增加了第四轮. 2.每一步均有唯一的加法常数. 3.为减弱第二轮中函数G的对称性从(X&Y)|(X&Z)|(Y&Z)变为(X&Z)|(Y&(~Z)) 4.第一步加上了上一步的结果,这将引起更快的雪崩效应. 5.改变了第二轮和第三轮中访问消息子分组的次序,使其更不相似. 6.近似优化了每一轮中的循环左移位移量以实现更快的雪崩效应.各轮的位移量互不相同.