MD5
MD5介绍
MD5在90年代初由MIT的计算机科学实验室和RSA Data Security Inc发明，经MD2、MD3和MD4发展而来。
MD5将任意长度的“字节串”变换成一个128bit的大整数，并且它是一个不可逆的字符串变换算法，换句话说就是，即使你看到源程序和算法描述，也无法将一个MD5的值变换回原始的字符串，从数学原理上说，是因为原始的字符串有无穷多个。
MD5的典型应用是对一段信息串 (Message)产生所谓的指纹 (fingerprint)，以防止被“篡改”。比方说，你将一段话写在一个文本文件中，并对这个文本文件产生一个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的链接变量及基本操作
MD5有四个32位的被称作链接变量的整数参数，这是个参数我们定义为A、B、C、D其取值为：
A = 0x67452301; B = 0xefcdab89; C = 0x98badcfe; D = 0x10325476;
四个非线性操作函数（&是与，|是或，~是非，^是异或）：
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))
函数设计
利用上面的四种操作，生成四个重要的计算函数。首先我们声明四个中间变量a,b,c,d，赋值：a = A, b = B, c = C, d = D。然后定义这四个计算函数为：
a = b + ((a + F(b, c, d) + Mj + ti) <<< s) FF(a, b, c, d, M[j], s, ti) a = b + ((a + G(b, c, d) + Mj + ti) <<< s) GG(a, b, c, d, M[j], s, ti) a = b + ((a + H(b, c, d) + Mj + ti) <<< s) HH(a, b, c, d, M[j], s, ti) a = b + ((a + I(b, c, d) + Mj + ti) <<< s) II(a, b, c, d, M[j], s, ti)
其中M[j]表示消息的第j个子分组（从0到15），<<表示循环左移s，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。
循环计算
定义好上述的四个计算函数后，就可以实现MD5的真正循环计算了。这个循环的循环次数为512位分组的个数。每次循环执行64不计算，上述4个函数每个16次，具体如下：
//第一轮循环计算M[] 用于每次运算装每组512 bit数据 FF(a,b,c,d,M[0],7,0xd76aa478); FF(d,a,b,c,M[1],12,0xe8c7b756); FF(c,d,a,b,M[2],17,0x242070db); FF(b,c,d,a,M[3],22,0xc1bdceee); FF(a,b,c,d,M[4],7,0xf57c0faf); FF(d,a,b,c,M[5],12,0x4787c62a); FF(c,d,a,b,M[6],17,0xa8304613); FF(b,c,d,a,M[7],22,0xfd469501) ; FF(a,b,c,d,M[8],7,0x698098d8) ; FF(d,a,b,c,M[9],12,0x8b44f7af) ; FF(c,d,a,b,M[10],17,0xffff5bb1) ; FF(b,c,d,a,M[11],22,0x895cd7be) ; FF(a,b,c,d,M[12],7,0x6b901122) ; FF(d,a,b,c,M[13],12,0xfd987193) ; FF(c,d,a,b,M[14],17,0xa679438e) ; FF(b,c,d,a,M[15],22,0x49b40821); //第二轮循环计算 GG(a,b,c,d,M[1],5,0xf61e2562); GG(d,a,b,c,M[6],9,0xc040b340); GG(c,d,a,b,M[11],14,0x265e5a51); GG(b,c,d,a,M[0],20,0xe9b6c7aa) ; GG(a,b,c,d,M[5],5,0xd62f105d) ; GG(d,a,b,c,M[10],9,0x02441453) ; GG(c,d,a,b,M[15],14,0xd8a1e681); GG(b,c,d,a,M[4],20,0xe7d3fbc8) ; GG(a,b,c,d,M[9],5,0x21e1cde6) ; GG(d,a,b,c,M[14],9,0xc33707d6) ; GG(c,d,a,b,M[3],14,0xf4d50d87) ; GG(b,c,d,a,M[8],20,0x455a14ed); GG(a,b,c,d,M[13],5,0xa9e3e905); GG(d,a,b,c,M[2],9,0xfcefa3f8) ; GG(c,d,a,b,M[7],14,0x676f02d9) ; GG(b,c,d,a,M[12],20,0x8d2a4c8a); //第三轮循环计算 HH(a,b,c,d,M[5],4,0xfffa3942); HH(d,a,b,c,M[8],11,0x8771f681); HH(c,d,a,b,M[11],16,0x6d9d6122); HH(b,c,d,a,M[14],23,0xfde5380c) ; HH(a,b,c,d,M[1],4,0xa4beea44) ; HH(d,a,b,c,M[4],11,0x4bdecfa9) ; HH(c,d,a,b,M[7],16,0xf6bb4b60) ; HH(b,c,d,a,M[10],23,0xbebfbc70); HH(a,b,c,d,M[13],4,0x289b7ec6); HH(d,a,b,c,M[0],11,0xeaa127fa); HH(c,d,a,b,M[3],16,0xd4ef3085); HH(b,c,d,a,M[6],23,0x04881d05); HH(a,b,c,d,M[9],4,0xd9d4d039); HH(d,a,b,c,M[12],11,0xe6db99e5); HH(c,d,a,b,M[15],16,0x1fa27cf8) ; HH(b,c,d,a,M[2],23,0xc4ac5665); //第四轮循环计算 II(a,b,c,d,M[0],6,0xf4292244) ; II(d,a,b,c,M[7],10,0x432aff97) ; II(c,d,a,b,M[14],15,0xab9423a7); II(b,c,d,a,M[5],21,0xfc93a039) ; II(a,b,c,d,M[12],6,0x655b59c3) ; II(d,a,b,c,M[3],10,0x8f0ccc92) ; II(c,d,a,b,M[10],15,0xffeff47d); II(b,c,d,a,M[1],21,0x85845dd1) ; II(a,b,c,d,M[8],6,0x6fa87e4f) ; II(d,a,b,c,M[15],10,0xfe2ce6e0); II(c,d,a,b,M[6],15,0xa3014314) ; II(b,c,d,a,M[13],21,0x4e0811a1); II(a,b,c,d,M[4],6,0xf7537e82) ; II(d,a,b,c,M[11],10,0xbd3af235); II(c,d,a,b,M[2],15,0x2ad7d2bb); II(b,c,d,a,M[9],21,0xeb86d391);
代码实现
#include <Windows.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
//举例用的待处理文件原始数据
uint8_t FileBuff[] = "moxi";//"flagby.cn_moxi";
//四个32位链接变量的初始化值
uint32_t A = 0x67452301;
uint32_t B = 0xefcdab89;
uint32_t C = 0x98badcfe;
uint32_t D = 0x10325476;
uint32_t a,b,c,d = 0; //4轮逻辑计算中链接变量的过程量
uint32_t FileLen_Byte; //文件填充前的长度（单位 - 字节）
uint32_t FileLen_Bit[2]; //文件填充前的长度（单位 - 位 bit）
uint8_t MD5_ChangeBuff[64]; //临时缓存区 - 用于补位操作
uint32_t MD5_Buff[16]; //临时缓存区 - 用于每次运算装每组512 bit数据
uint8_t MD5_Data[16]; //最终计算结果 - 文件的MD5值
#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 RL(x, y) (((x) << (y)) | ((x) >> (32 - (y)))) //x向左循环移y位
#define FF(a, b, c, d, x, s, ac) a = b + (RL((a + F(b,c,d) + x + ac),s))
#define GG(a, b, c, d, x, s, ac) a = b + (RL((a + G(b,c,d) + x + ac),s))
#define HH(a, b, c, d, x, s, ac) a = b + (RL((a + H(b,c,d) + x + ac),s))
#define II(a, b, c, d, x, s, ac) a = b + (RL((a + I(b,c,d) + x + ac),s))
//MD5核心算法,4轮共64次计算
void MD5_Calculate(void)
{
a = A, b = B, c = C, d = D;
/* Round 1 */
FF (a, b, c, d, MD5_Buff[ 0], 7, 0xd76aa478); /**//* 1 */
FF (d, a, b, c, MD5_Buff[ 1], 12, 0xe8c7b756); /**//* 2 */
FF (c, d, a, b, MD5_Buff[ 2], 17, 0x242070db); /**//* 3 */
FF (b, c, d, a, MD5_Buff[ 3], 22, 0xc1bdceee); /**//* 4 */
FF (a, b, c, d, MD5_Buff[ 4], 7, 0xf57c0faf); /**//* 5 */
FF (d, a, b, c, MD5_Buff[ 5], 12, 0x4787c62a); /**//* 6 */
FF (c, d, a, b, MD5_Buff[ 6], 17, 0xa8304613); /**//* 7 */
FF (b, c, d, a, MD5_Buff[ 7], 22, 0xfd469501); /**//* 8 */
FF (a, b, c, d, MD5_Buff[ 8], 7, 0x698098d8); /**//* 9 */
FF (d, a, b, c, MD5_Buff[ 9], 12, 0x8b44f7af); /**//* 10 */
FF (c, d, a, b, MD5_Buff[10], 17, 0xffff5bb1); /**//* 11 */
FF (b, c, d, a, MD5_Buff[11], 22, 0x895cd7be); /**//* 12 */
FF (a, b, c, d, MD5_Buff[12], 7, 0x6b901122); /**//* 13 */
FF (d, a, b, c, MD5_Buff[13], 12, 0xfd987193); /**//* 14 */
FF (c, d, a, b, MD5_Buff[14], 17, 0xa679438e); /**//* 15 */
FF (b, c, d, a, MD5_Buff[15], 22, 0x49b40821); /**//* 16 */
/* Round 2 */
GG (a, b, c, d, MD5_Buff[ 1], 5, 0xf61e2562); /**//* 17 */
GG (d, a, b, c, MD5_Buff[ 6], 9, 0xc040b340); /**//* 18 */
GG (c, d, a, b, MD5_Buff[11], 14, 0x265e5a51); /**//* 19 */
GG (b, c, d, a, MD5_Buff[ 0], 20, 0xe9b6c7aa); /**//* 20 */
GG (a, b, c, d, MD5_Buff[ 5], 5, 0xd62f105d); /**//* 21 */
GG (d, a, b, c, MD5_Buff[10], 9, 0x02441453); /**//* 22 */
GG (c, d, a, b, MD5_Buff[15], 14, 0xd8a1e681); /**//* 23 */
GG (b, c, d, a, MD5_Buff[ 4], 20, 0xe7d3fbc8); /**//* 24 */
GG (a, b, c, d, MD5_Buff[ 9], 5, 0x21e1cde6); /**//* 25 */
GG (d, a, b, c, MD5_Buff[14], 9, 0xc33707d6); /**//* 26 */
GG (c, d, a, b, MD5_Buff[ 3], 14, 0xf4d50d87); /**//* 27 */
GG (b, c, d, a, MD5_Buff[ 8], 20, 0x455a14ed); /**//* 28 */
GG (a, b, c, d, MD5_Buff[13], 5, 0xa9e3e905); /**//* 29 */
GG (d, a, b, c, MD5_Buff[ 2], 9, 0xfcefa3f8); /**//* 30 */
GG (c, d, a, b, MD5_Buff[ 7], 14, 0x676f02d9); /**//* 31 */
GG (b, c, d, a, MD5_Buff[12], 20, 0x8d2a4c8a); /**//* 32 */
/* Round 3 */
HH (a, b, c, d, MD5_Buff[ 5], 4, 0xfffa3942); /**//* 33 */
HH (d, a, b, c, MD5_Buff[ 8], 11, 0x8771f681); /**//* 34 */
HH (c, d, a, b, MD5_Buff[11], 16, 0x6d9d6122); /**//* 35 */
HH (b, c, d, a, MD5_Buff[14], 23, 0xfde5380c); /**//* 36 */
HH (a, b, c, d, MD5_Buff[ 1], 4, 0xa4beea44); /**//* 37 */
HH (d, a, b, c, MD5_Buff[ 4], 11, 0x4bdecfa9); /**//* 38 */
HH (c, d, a, b, MD5_Buff[ 7], 16, 0xf6bb4b60); /**//* 39 */
HH (b, c, d, a, MD5_Buff[10], 23, 0xbebfbc70); /**//* 40 */
HH (a, b, c, d, MD5_Buff[13], 4, 0x289b7ec6); /**//* 41 */
HH (d, a, b, c, MD5_Buff[ 0], 11, 0xeaa127fa); /**//* 42 */
HH (c, d, a, b, MD5_Buff[ 3], 16, 0xd4ef3085); /**//* 43 */
HH (b, c, d, a, MD5_Buff[ 6], 23, 0x04881d05); /**//* 44 */
HH (a, b, c, d, MD5_Buff[ 9], 4, 0xd9d4d039); /**//* 45 */
HH (d, a, b, c, MD5_Buff[12], 11, 0xe6db99e5); /**//* 46 */
HH (c, d, a, b, MD5_Buff[15], 16, 0x1fa27cf8); /**//* 47 */
HH (b, c, d, a, MD5_Buff[ 2], 23, 0xc4ac5665); /**//* 48 */
/* Round 4 */
II (a, b, c, d, MD5_Buff[ 0], 6, 0xf4292244); /**//* 49 */
II (d, a, b, c, MD5_Buff[ 7], 10, 0x432aff97); /**//* 50 */
II (c, d, a, b, MD5_Buff[14], 15, 0xab9423a7); /**//* 51 */
II (b, c, d, a, MD5_Buff[ 5], 21, 0xfc93a039); /**//* 52 */
II (a, b, c, d, MD5_Buff[12], 6, 0x655b59c3); /**//* 53 */
II (d, a, b, c, MD5_Buff[ 3], 10, 0x8f0ccc92); /**//* 54 */
II (c, d, a, b, MD5_Buff[10], 15, 0xffeff47d); /**//* 55 */
II (b, c, d, a, MD5_Buff[ 1], 21, 0x85845dd1); /**//* 56 */
II (a, b, c, d, MD5_Buff[ 8], 6, 0x6fa87e4f); /**//* 57 */
II (d, a, b, c, MD5_Buff[15], 10, 0xfe2ce6e0); /**//* 58 */
II (c, d, a, b, MD5_Buff[ 6], 15, 0xa3014314); /**//* 59 */
II (b, c, d, a, MD5_Buff[13], 21, 0x4e0811a1); /**//* 60 */
II (a, b, c, d, MD5_Buff[ 4], 6, 0xf7537e82); /**//* 61 */
II (d, a, b, c, MD5_Buff[11], 10, 0xbd3af235); /**//* 62 */
II (c, d, a, b, MD5_Buff[ 2], 15, 0x2ad7d2bb); /**//* 63 */
II (b, c, d, a, MD5_Buff[ 9], 21, 0xeb86d391); /**//* 64 */
A += a;
B += b;
C += c;
D += d;
}
int main(void)
{
uint8_t i = 0;
//获取加密数据长度（单位 - 字节）
FileLen_Byte = (sizeof(FileBuff) / sizeof(FileBuff[0])) - 1; //这里要注意减去字符串结束符'\0'占的一个字节长度
//分组循环运算直至文件结束（每组 512 bit 即 每组 64 字节）
for(i = 0; i < FileLen_Byte / 64; i++)
{
memset(MD5_Buff, 0, 64); //初始化 MD5_Buff 数组为0
memcpy(&MD5_Buff[0], &FileBuff[i * 64], 64); //高低位倒序赋值（大小端转换）
MD5_Calculate(); //进行四轮逻辑计算
}
//最后一组不足512 bit，补位 “1” 和 “0”
memset(MD5_Buff, 0, 64); //初始化 MD5_Buff（数组大小16，数据类型长度4字节）
memset(MD5_ChangeBuff, 0, 64); //初始化 MD5_ChangeBuff（数组大小64，数据类型长度1字节）
memcpy(MD5_ChangeBuff, &FileBuff[FileLen_Byte - (FileLen_Byte % 64)], FileLen_Byte % 64);
MD5_ChangeBuff[FileLen_Byte % 64] = 128; //在文件末尾先补一个1和七个0，十进制128的二进制即1000 0000
memcpy(&MD5_Buff[0], &MD5_ChangeBuff[0], 64); //高低位倒序赋值（大小端转换）
//补完第一个字节，128的二进制即1000 0000后，判断这一组还有没有空位放 文件填充前的长度（64bit,即8个字节）
//若不够位置放，则再补一组512 bit，在那组的最后放文件填充前长度。
if((FileLen_Byte % 64) > 55) //64 - 1 - 8 = 55
{
MD5_Calculate(); //进行四轮逻辑计算
memset(MD5_Buff, 0, 64); //初始化 MD5_Buff 数组为0
}
//在最后一个分组的最后补上原始文件填充前的长度（单位 - 位 bit）
FileLen_Bit[1] = FileLen_Byte / 0x20000000;
FileLen_Bit[0] = (FileLen_Byte % 0x20000000) * 8; //这一步要注意大小端转换，和前面的转换方式不太一样
memcpy(&MD5_Buff[14], FileLen_Bit, 8); //末尾加入原文件的bit长度（文件填充前的长度（单位 - bit））
MD5_Calculate();
memcpy(&MD5_Data[0], &A, 4); //高低位倒序赋值
memcpy(&MD5_Data[4], &B, 4); //高低位倒序赋值
memcpy(&MD5_Data[8], &C, 4); //高低位倒序赋值
memcpy(&MD5_Data[12], &D, 4); //高低位倒序赋值
// 打印出MD5值 - 想打印的时候就删掉注释
printf("\r\n MD5值为： ");
for(i = 0; i < 16; i++)
{
printf(" %02x", MD5_Data[i]);
}
getchar();
}
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