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MD5算法之C#程序 MD5算法描述 www. 發(fā)布者: seo 時間: 2005-09-22 MD5算法描述 作者：rufi 2004.06.22 當(dāng)我要寫一個MD5算法的程序時，發(fā)現(xiàn)中英文的語言描述都有一些不確切的地方，某些個細節(jié) 講得不清楚，或者說很費解。最后不得不拿出C語言的源程序來調(diào)試，這對于理解算法是很不利的。于是就總結(jié)了一下我摸索到的一些要點。 1.來歷 MD5的全稱是message-digest algorithm 5(信息-摘要算法，在90年代初由mit laboratory for computer science和rsa data ecurity inc的ronald l. rivest開發(fā)出來，經(jīng)md2、md3和md4發(fā)展而來。http://www./rfc/rfc1321.txt，是一份最權(quán)威的文檔， 由ronald l. rivest在1992年8月向ieft提交。 2.用途 MD5的作用是對一段信息(message)生成信息摘要(message-digest)，該摘要對該信息具有唯一性,可以作為數(shù)字簽名。用于驗證文件的有效性(是否有丟失或損壞的數(shù)據(jù)),對用戶 密碼的加密，在哈希函數(shù)中計算散列值。 3.特點 輸入一個任意長度的字節(jié)串，生成一個128位的整數(shù)。由于算法的某些不可逆特征，在加密應(yīng)用 上有較好的安全性。并且，MD5算法的使用不需要支付任何版權(quán)費用。 4.說明 唯一性和不可逆性都不是絕對的，從理論上分析是一種多對一的關(guān)系，但兩個不同的信息產(chǎn)生 相同摘要的概率很小。不可逆是指從輸出反推輸入所需的運算量和計算時間太大，使用窮搜字 典的方法又需要太多的存儲空間。 5.算法描述 算法輸入是一個字節(jié)串，每個字節(jié)是8個bit. 算法的執(zhí)行分為以下幾個步驟： 第一步，補位： MD5算法先對輸入的數(shù)據(jù)進行補位，使得數(shù)據(jù)的長度(以byte為單位)對64求余的結(jié)果是56。 即數(shù)據(jù)擴展至LEN=K*64+56個字節(jié)，K為整數(shù)。 補位方法：補一個1，然后補0至滿足上述要求。相當(dāng)于補一個0x80的字節(jié)，再補值 為0的字節(jié)。這一步里總共補充的字節(jié)數(shù)為0～63個。 第二步，附加數(shù)據(jù)長度： 用一個64位的整數(shù)表示數(shù)據(jù)的原始長度(以bit為單位)，將這個數(shù)字的8個字節(jié)按低位的在前， 高位在后的順序附加在補位后的數(shù)據(jù)后面。這時，數(shù)據(jù)被填補后的總長度為： LEN = K*64+56+8=(K+1)*64 Bytes。 ※注意那個64位整數(shù)是輸入數(shù)據(jù)的原始長度而不是填充字節(jié)后的長度,我就在這里栽了跟頭. 第三步，初始化MD5參數(shù)： 有四個32位整數(shù)變量 (A,B,C,D) 用來計算信息摘要，每一個變量被初始化成以下 以十六進制數(shù)表示的數(shù)值，低位的字節(jié)在前面。 word A: 01 23 45 67 word B: 89 ab cd ef word C: fe dc ba 98 word D: 76 54 32 10 ※注意低位的字節(jié)在前面指的是Little Endian平臺上內(nèi)存中字節(jié)的排列方式， 而在程序中書寫時，要寫成： A=0x67452301 B=0xefcdab89 C=0x98badcfe D=0x10325476 第四步，定義四個MD5基本的按位操作函數(shù)： X，Y，Z為32位整數(shù)。 F(X,Y,Z) = (X and Y) or (not(X) and Z) G(X,Y,Z) = (X and Z) or (Y and not(Z)) H(X,Y,Z) = X xor Y xor Z I(X,Y,Z) = Y xor (X or not(Z)) 再定義四個分別用于四輪變換的函數(shù)。 設(shè)Mj表示消息的第j個子分組(從0到15)，〈〈〈s表示循環(huán)左移s位，則四種操作為： 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) 第五步，對輸入數(shù)據(jù)作變換。 處理數(shù)據(jù)，N是總的字節(jié)數(shù)，以64個字節(jié)為一組，每組作一次循環(huán)，每次循環(huán)進行四輪操作。 要變換的64個字節(jié)用16個32位的整數(shù)數(shù)組M[0 ...15]表示。而數(shù)組T[1 ... 64]表示一組常數(shù)， T[i]為4294967296*abs(sin(i))的32位整數(shù)部分，i的單位是弧度,i的取值從1到64。 具體過程如下： /* 設(shè)置主循環(huán)變量 */ For i = 0 to N/16-1 do /*每循環(huán)一次，把數(shù)據(jù)原文存放在16個元素的數(shù)組X中. */ For j = 0 to 15 do Set X[j] to M[i*16+j]. end /結(jié)束對J的循環(huán) /* Save A as AA, B as BB, C as CC, and D as DD. */ AA = A BB = B CC = C DD = D /* 第1輪*/ /* 以 [abcd k s i]表示如下操作 a = b + ((a + F(b,c,d) + X[k] + T[i]) 〈〈〈 s). */ /* Do the following 16 operations. */ [ABCD 0 7 1] [DABC 1 12 2] [CDAB 2 17 3] [BCDA 3 22 4] [ABCD 4 7 5] [DABC 5 12 6] [CDAB 6 17 7] [BCDA 7 22 8] [ABCD 8 7 9] [DABC 9 12 10] [CDAB 10 17 11] [BCDA 11 22 12] [ABCD 12 7 13] [DABC 13 12 14] [CDAB 14 17 15] [BCDA 15 22 16] /* 第2輪* */ /* 以 [abcd k s i]表示如下操作 a = b + ((a + G(b,c,d) + X[k] + T[i]) 〈〈〈 s). */ /* Do the following 16 operations. */ [ABCD 1 5 17] [DABC 6 9 18] [CDAB 11 14 19] [BCDA 0 20 20] [ABCD 5 5 21] [DABC 10 9 22] [CDAB 15 14 23] [BCDA 4 20 24] [ABCD 9 5 25] [DABC 14 9 26] [CDAB 3 14 27] [BCDA 8 20 28] [ABCD 13 5 29] [DABC 2 9 30] [CDAB 7 14 31] [BCDA 12 20 32] /* 第3輪*/ /* 以 [abcd k s i]表示如下操作 a = b + ((a + H(b,c,d) + X[k] + T[i]) 〈〈〈 s). */ /* Do the following 16 operations. */ [ABCD 5 4 33] [DABC 8 11 34] [CDAB 11 16 35] [BCDA 14 23 36] [ABCD 1 4 37] [DABC 4 11 38] [CDAB 7 16 39] [BCDA 10 23 40] [ABCD 13 4 41] [DABC 0 11 42] [CDAB 3 16 43] [BCDA 6 23 44] [ABCD 9 4 45] [DABC 12 11 46] [CDAB 15 16 47] [BCDA 2 23 48] /* 第4輪*/ /* 以 [abcd k s i]表示如下操作 a = b + ((a + I(b,c,d) + X[k] + T[i]) 〈〈〈 s). */ /* Do the following 16 operations. */ [ABCD 0 6 49] [DABC 7 10 50] [CDAB 14 15 51] [BCDA 5 21 52] [ABCD 12 6 53] [DABC 3 10 54] [CDAB 10 15 55] [BCDA 1 21 56] [ABCD 8 6 57] [DABC 15 10 58] [CDAB 6 15 59] [BCDA 13 21 60] [ABCD 4 6 61] [DABC 11 10 62] [CDAB 2 15 63] [BCDA 9 21 64] /* 然后進行如下操作 */ A = A + AA B = B + BB C = C + CC D = D + DD Next i /* 結(jié)束對I的循環(huán)*/ 第六步，輸出結(jié)果。 A，B，C，D連續(xù)存放，共16個字節(jié)，128位。按十六進制依次輸出這個16個字節(jié)。 最后，用程序語言實現(xiàn)算法后，可以輸入以下幾個信息對程序作一個簡單的測試， 看看程序有沒有錯誤。 MD5 ("") = d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e MD5 ("a") = 0cc175b9c0f1b6a831c399e269772661 MD5 ("abc") = 900150983cd24fb0d6963f7d28e17f72 MD5 ("message digest") = f96b697d7cb7938d525a2f31aaf161d0 MD5 ("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz") = c3fcd3d76192e4007dfb496cca67e13b MD5 ("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789") = d174ab98d277d9f5a5611c2c9f419d9f MD5 ("123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789 01234567890") = 57edf4a22be3c955ac49da2e2107b67a MD5算法之C#程序 MD5算法比較特別，最適合用匯編語言來寫，好多高級語言對之無能無力或效率極低。 比如我最開始嘗試用Python和Euphoria編寫，發(fā)現(xiàn)不太容易。相比而言，C#作為C家簇 中新興的一門.net語言，功能比較全面?；艘煌砩系墓し蚪K于用C#最先實現(xiàn)了MD5。 主要是由于對算法的一些細節(jié)不太注意，結(jié)果輸出總是不對，調(diào)試了好長時間。 [code] //源文件：md5.cs // MD5 Alogrithm // by rufi 2004.6.20 http://rufi./ using System;； using System.Collections;； using System.IO;； public class MD5 { //static state variables private static UInt32 A;； private static UInt32 B;； private static UInt32 C;； private static UInt32 D;； //number of bits to rotate in tranforming private const int S11 = 7;； private const int S12 = 12;； private const int S13 = 17;； private const int S14 = 22;； private const int S21 = 5;； private const int S22 = 9;； private const int S23 = 14;； private const int S24 = 20;； private const int S31 = 4;； private const int S32 = 11;； private const int S33 = 16;； private const int S34 = 23;； private const int S41 = 6;； private const int S42 = 10;； private const int S43 = 15;； private const int S44 = 21;； /* F, G, H and I are basic MD5 functions. * 四個非線性函數(shù): * * 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)) * * (&與，|或，~非，^異或) */ private static UInt32 F(UInt32 x,UInt32 y,UInt32 z){ return (x&y)|((~x)&z);； } private static UInt32 G(UInt32 x,UInt32 y,UInt32 z){ return (x&z)|(y&(~z));； } private static UInt32 H(UInt32 x,UInt32 y,UInt32 z){ return x^y^z;； } private static UInt32 I(UInt32 x,UInt32 y,UInt32 z){ return y^(x|(~z));； } /* FF, GG, HH, and II transformations for rounds 1, 2, 3, and 4. * Rotation is separate from addition to prevent recomputation. */ private static void FF(ref UInt32 a,UInt32 b,UInt32 c,UInt32 d,UInt32 mj,int s,UInt32 ti){ a = a + F(b,c,d) + mj + ti;； a = a 〈〈 s | a 〉〉 (32-s);； a += b;； } private static void GG(ref UInt32 a,UInt32 b,UInt32 c,UInt32 d,UInt32 mj,int s,UInt32 ti){ a = a + G(b,c,d) + mj + ti;； a = a 〈〈 s | a 〉〉 (32-s);； a += b;； } private static void HH(ref UInt32 a,UInt32 b,UInt32 c,UInt32 d,UInt32 mj,int s,UInt32 ti){ a = a + H(b,c,d) + mj + ti;； a = a 〈〈 s | a 〉〉 (32-s);； a += b;； } private static void II(ref UInt32 a,UInt32 b,UInt32 c,UInt32 d,UInt32 mj,int s,UInt32 ti){ a = a + I(b,c,d) + mj + ti;； a = a 〈〈 s | a 〉〉 (32-s);； a += b;； } private static void MD5_Init(){ A=0x67452301;； //in memory, this is 0x01234567 B=0xefcdab89;； //in memory, this is 0x89abcdef C=0x98badcfe;； //in memory, this is 0xfedcba98 D=0x10325476;； //in memory, this is 0x76543210 } private static UInt32[] MD5_Append(byte[] input){ int zeros=0;； int ones =1;； int size=0;； int n = input.Length;； int m = n%64;； if( m 〈 56 ){ zeros = 55-m;； size=n-m+64;； } else if (m==56){ zeros = 0;； ones = 0;； size=n+8;； } else{ zeros = 63-m+56;； size=n+64-m+64;； } ArrayList bs = new ArrayList(input);； if(ones==1){ bs.Add( (byte)0x80 );； // 0x80 = $10000000 } for(int i=0;；i〈zeros;；i++){ bs.Add( (byte)0 );； } UInt64 N = (UInt64) n * 8;； byte h1=(byte)(N&0xFF);； byte h2=(byte)((N〉〉8)&0xFF);； byte h3=(byte)((N〉〉16)&0xFF);； byte h4=(byte)((N〉〉24)&0xFF);； byte h5=(byte)((N〉〉32)&0xFF);； byte h6=(byte)((N〉〉40)&0xFF);； byte h7=(byte)((N〉〉48)&0xFF);； byte h8=(byte)(N〉〉56);； bs.Add(h1);； bs.Add(h2);； bs.Add(h3);； bs.Add(h4);； bs.Add(h5);； bs.Add(h6);； bs.Add(h7);； bs.Add(h8);； byte[] ts=(byte[])bs.ToArray(typeof(byte));； /* Decodes input (byte[]) into output (UInt32[]). Assumes len is * a multiple of 4. */ UInt32[] output = new UInt32[size/4];； for(Int64 i=0,j=0;；i〈size;；j++,i+=4){ output[j]=(UInt32)(ts[i] | ts[i+1]〈〈8 | ts[i+2]〈〈16 | ts[i+3]〈〈24);； } return output;； } private static UInt32[] MD5_Trasform(UInt32[] x){ UInt32 a,b,c,d;； for(int k=0;；k〈x.Length;；k+=16){ a=A;； b=B;； c=C;； d=D;； /* Round 1 */ FF (ref a, b, c, d, x[k+ 0], S11, 0xd76aa478);； /* 1 */ FF (ref d, a, b, c, x[k+ 1], S12, 0xe8c7b756);； /* 2 */ FF (ref c, d, a, b, x[k+ 2], S13, 0x242070db);； /* 3 */ FF (ref b, c, d, a, x[k+ 3], S14, 0xc1bdceee);； /* 4 */ FF (ref a, b, c, d, x[k+ 4], S11, 0xf57c0faf);； /* 5 */ FF (ref d, a, b, c, x[k+ 5], S12, 0x4787c62a);； /* 6 */ FF (ref c, d, a, b, x[k+ 6], S13, 0xa8304613);； /* 7 */ FF (ref b, c, d, a, x[k+ 7], S14, 0xfd469501);； /* 8 */ FF (ref a, b, c, d, x[k+ 8], S11, 0x698098d8);； /* 9 */ FF (ref d, a, b, c, x[k+ 9], S12, 0x8b44f7af);； /* 10 */ FF (ref c, d, a, b, x[k+10], S13, 0xffff5bb1);； /* 11 */ FF (ref b, c, d, a, x[k+11], S14, 0x895cd7be);； /* 12 */ FF (ref a, b, c, d, x[k+12], S11, 0x6b901122);； /* 13 */ FF (ref d, a, b, c, x[k+13], S12, 0xfd987193);； /* 14 */ FF (ref c, d, a, b, x[k+14], S13, 0xa679438e);； /* 15 */ FF (ref b, c, d, a, x[k+15], S14, 0x49b40821);； /* 16 */ /* Round 2 */ GG (ref a, b, c, d, x[k+ 1], S21, 0xf61e2562);； /* 17 */ GG (ref d, a, b, c, x[k+ 6], S22, 0xc040b340);； /* 18 */ GG (ref c, d, a, b, x[k+11], S23, 0x265e5a51);； /* 19 */ GG (ref b, c, d, a, x[k+ 0], S24, 0xe9b6c7aa);； /* 20 */ GG (ref a, b, c, d, x[k+ 5], S21, 0xd62f105d);； /* 21 */ GG (ref d, a, b, c, x[k+10], S22, 0x2441453);； /* 22 */ GG (ref c, d, a, b, x[k+15], S23, 0xd8a1e681);； /* 23 */ GG (ref b, c, d, a, x[k+ 4], S24, 0xe7d3fbc8);； /* 24 */ GG (ref a, b, c, d, x[k+ 9], S21, 0x21e1cde6);； /* 25 */ GG (ref d, a, b, c, x[k+14], S22, 0xc33707d6);； /* 26 */ GG (ref c, d, a, b, x[k+ 3], S23, 0xf4d50d87);； /* 27 */ GG (ref b, c, d, a, x[k+ 8], S24, 0x455a14ed);； /* 28 */ GG (ref a, b, c, d, x[k+13], S21, 0xa9e3e905);； /* 29 */ GG (ref d, a, b, c, x[k+ 2], S22, 0xfcefa3f8);； /* 30 */ GG (ref c, d, a, b, x[k+ 7], S23, 0x676f02d9);； /* 31 */ GG (ref b, c, d, a, x[k+12], S24, 0x8d2a4c8a);； /* 32 */ /* Round 3 */ HH (ref a, b, c, d, x[k+ 5], S31, 0xfffa3942);； /* 33 */ HH (ref d, a, b, c, x[k+ 8], S32, 0x8771f681);； /* 34 */ HH (ref c, d, a, b, x[k+11], S33, 0x6d9d6122);； /* 35 */ HH (ref b, c, d, a, x[k+14], S34, 0xfde5380c);； /* 36 */ HH (ref a, b, c, d, x[k+ 1], S31, 0xa4beea44);； /* 37 */ HH (ref d, a, b, c, x[k+ 4], S32, 0x4bdecfa9);； /* 38 */ HH (ref c, d, a, b, x[k+ 7], S33, 0xf6bb4b60);； /* 39 */ HH (ref b, c, d, a, x[k+10], S34, 0xbebfbc70);； /* 40 */ HH (ref a, b, c, d, x[k+13], S31, 0x289b7ec6);； /* 41 */ HH (ref d, a, b, c, x[k+ 0], S32, 0xeaa127fa);； /* 42 */ HH (ref c, d, a, b, x[k+ 3], S33, 0xd4ef3085);； /* 43 */ HH (ref b, c, d, a, x[k+ 6], S34, 0x4881d05);； /* 44 */ HH (ref a, b, c, d, x[k+ 9], S31, 0xd9d4d039);； /* 45 */ HH (ref d, a, b, c, x[k+12], S32, 0xe6db99e5);； /* 46 */ HH (ref c, d, a, b, x[k+15], S33, 0x1fa27cf8);； /* 47 */ HH (ref b, c, d, a, x[k+ 2], S34, 0xc4ac5665);； /* 48 */ /* Round 4 */ II (ref a, b, c, d, x[k+ 0], S41, 0xf4292244);； /* 49 */ II (ref d, a, b, c, x[k+ 7], S42, 0x432aff97);； /* 50 */ II (ref c, d, a, b, x[k+14], S43, 0xab9423a7);； /* 51 */ II (ref b, c, d, a, x[k+ 5], S44, 0xfc93a039);； /* 52 */ II (ref a, b, c, d, x[k+12], S41, 0x655b59c3);； /* 53 */ II (ref d, a, b, c, x[k+ 3], S42, 0x8f0ccc92);； /* 54 */ II (ref c, d, a, b, x[k+10], S43, 0xffeff47d);； /* 55 */ II (ref b, c, d, a, x[k+ 1], S44, 0x85845dd1);； /* 56 */ II (ref a, b, c, d, x[k+ 8], S41, 0x6fa87e4f);； /* 57 */ II (ref d, a, b, c, x[k+15], S42, 0xfe2ce6e0);； /* 58 */ II (ref c, d, a, b, x[k+ 6], S43, 0xa3014314);； /* 59 */ II (ref b, c, d, a, x[k+13], S44, 0x4e0811a1);； /* 60 */ II (ref a, b, c, d, x[k+ 4], S41, 0xf7537e82);； /* 61 */ II (ref d, a, b, c, x[k+11], S42, 0xbd3af235);； /* 62 */ II (ref c, d, a, b, x[k+ 2], S43, 0x2ad7d2bb);； /* 63 */ II (ref b, c, d, a, x[k+ 9], S44, 0xeb86d391);； /* 64 */ A+=a;； B+=b;； C+=c;； D+=d;； } return new UInt32[]{A,B,C,D};； } public static byte[] MD5Array(byte[] input){ MD5_Init();； UInt32[] block = MD5_Append(input);； UInt32[] bits = MD5_Trasform(block);； /* Encodes bits (UInt32[]) into output (byte[]). Assumes len is * a multiple of 4. */ byte[] output=new byte[bits.Length*4];； for(int i=0,j=0;；i〈bits.Length;；i++,j+=4){ output[j] = (byte)(bits[i] & 0xff);； output[j+1] = (byte)((bits[i] 〉〉 8) & 0xff);； output[j+2] = (byte)((bits[i] 〉〉 16) & 0xff);； output[j+3] = (byte)((bits[i] 〉〉 24) & 0xff);； } return output;； } public static string ArrayToHexString(byte[] array,bool uppercase){ string hexString="";； string format="x2";； if(uppercase){ format="X2";； } foreach(byte b in array){ hexString += b.ToString(format);； } return hexString;； } public static string MDString(string message){ char[] c = message.ToCharArray();； byte[] b = new byte[c.Length];； for(int i=0;；i〈c.Length;；i++){ b[i]=(byte)c[i];； } byte[] digest = MD5Array(b);； return ArrayToHexString(digest,false);； } public static string MDFile(string fileName){ FileStream fs=File.Open(fileName,FileMode.Open,FileAccess.Read);； byte[] array=new byte[fs.Length];； fs.Read(array,0,(int)fs.Length);； byte[] digest = MD5Array(array);； fs.Close();； return ArrayToHexString(digest,false);； } public static string Test(string message){ return "rnMD5 (""+message+"") = " + MD5.MDString(message);； } public static string TestSuite(){ string s = "";； s+=Test("");； s+=Test("a");； s+=Test("abc");； s+=Test("message digest");； s+=Test("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz");； s+=Test("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789");； s+=Test("12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890");； return s;； } } |
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