Hash散列算法詳細解析(二)


3 MD5算法

      md5算法定義在RFC 1321中,由Ron Rivest(RSA公司)在1992年提出。然而很多學者已經找出了構造md5沖突的方法。這些人中包括中國山東大學的王教授和Hans Dobbertin。所以,單純使用md5的信息認證模式變得不可靠了。但並不是說md5不能夠使用。

      md5算法的計算步驟:

  • 通過添加一個1和若干個0的方式,把輸入數據長度(按照字節算)變成64m+56
  • 添加8個字節到輸入數據中去,這樣輸入數據長度變成了64的倍數
  • 把數據划分成塊,每塊64個字節
  • 初始情況下,輸出為:                                                                   
  •   m_state[0] = 0x67452301L;
      m_state[1] = 0xefcdab89L;
      m_state[2] = 0x98badcfeL;
      m_state[3] = 0x10325476L;
  • 分別對每塊進行計算。輸出最后結果。

     md5參考代碼如下:

     說明:

     define.h的內容如下:

//define variable types
typedef unsigned char UI8;
typedef char I8;
typedef unsigned short UI16;
typedef short I16;
typedef unsigned int UI32;
typedef int I32;
typedef unsigned __int64 UI64;
typedef __int64 I64;
   

      md5.h的內容如下:

#ifndef Goodzzp_MD5_05_10_13_16
#define Goodzzp_MD5_05_10_13_16

//md5 algorithm ,md5 class
//program by Goodzzp
//2005.10.13

#include "define.h"

//F, G, H and I are basic MD5 functions.
#define md5_F(x, y, z) (((x) & (y)) | ((~x) & (z)))
#define md5_G(x, y, z) (((x) & (z)) | ((y) & (~z)))
#define md5_H(x, y, z) ((x) ^ (y) ^ (z))
#define md5_I(x, y, z) ((y) ^ ((x) | (~z)))

// ROTATE_LEFT rotates x left n bits.
// x<<<=n;
#define md5_ROTATE_LEFT(x, n) (((x) << (n)) | ((x) >> (32-(n))))

// FF, GG, HH, and II transformations for rounds 1, 2, 3, and 4.
//Rotation is separate from addition to prevent recomputation.
#define md5_FF(a, b, c, d, x, s, ac) { /
 (a) += md5_F ((b), (c), (d)) + (x) + (ac); /
 (a) = md5_ROTATE_LEFT ((a), (s)); /
 (a) += (b); /
 }
#define md5_GG(a, b, c, d, x, s, ac) { /
 (a) += md5_G ((b), (c), (d)) + (x) + (ac); /
 (a) = md5_ROTATE_LEFT ((a), (s)); /
 (a) += (b); /
 }
#define md5_HH(a, b, c, d, x, s, ac) { /
 (a) += md5_H ((b), (c), (d)) + (x) + (ac); /
 (a) = md5_ROTATE_LEFT ((a), (s)); /
 (a) += (b); /
 }
#define md5_II(a, b, c, d, x, s, ac) { /
 (a) += md5_I ((b), (c), (d)) + (x) + (ac); /
 (a) = md5_ROTATE_LEFT ((a), (s)); /
 (a) += (b); /
 }

// Constants for MD5Transform routine.
#define md5_S11 7
#define md5_S12 12
#define md5_S13 17
#define md5_S14 22
#define md5_S21 5
#define md5_S22 9
#define md5_S23 14
#define md5_S24 20
#define md5_S31 4
#define md5_S32 11
#define md5_S33 16
#define md5_S34 23
#define md5_S41 6
#define md5_S42 10
#define md5_S43 15
#define md5_S44 21

//md5散列類
class MD5
{
public:
 //輸出結果的長度(字節)
 static UI32 OutDataLength()
 {
  return 4*4;
 }
 //MD5變換函數
 //out:輸出,長度為16,要求事先已經分配了內存
 //in:輸入
 //length:輸入值的長度
 void Hash(UI8 *out,const UI8 *in,UI32 length)
 {
  UI32 i = length>>6,j=(length&0x3f),k;
  //對數據64 64個字節的計算
  for(k=0;k  {
   StepTransform((UI8 *)(in + k * 64),64,length);
  }
  //最后計算尾數
  StepTransform((UI8 *)(in + 64 * i),j,length);
  //拷貝輸出
  memcpy(out,m_state,4*4);
  //恢復m_state值
  MD5();
 }
 //初始化
 //這里就是4個剛開始的值
 MD5()
 {
  m_state[0] = 0x67452301L;
  m_state[1] = 0xefcdab89L;
  m_state[2] = 0x98badcfeL;
  m_state[3] = 0x10325476L;
 }
private:
 //每步的變換函數
 //輸入:
 //  data:   要處理的數據塊(不大於64字節)
 //  dataBlockLen: 數據塊的長度
 //  dataTotalLen: 要處理的所有數據塊的總長度
 //輸出結果保存在m_state里面
 void StepTransform(UI8 *data,UI32 dataBlockLen, UI32 dataTotalLen)
 {
  UI8 buffer[64];
  UI32 len=dataTotalLen*8;

  memset(buffer,0,64);//清空數據為0
  memcpy(buffer,data,dataBlockLen);//拷貝數據到緩沖

  if(dataBlockLen <64) //需要增加數據
  {
   if(dataBlockLen<56)//當前數據是最后若干個,而且不需要增加一次變換
   {
    //添加1和0
    buffer[dataBlockLen]=0x80;
    //添加長度
    buffer[56]=(UI8)(len&0xff);
    len>>=8;
    buffer[57]=(UI8)(len&0xff);
    len>>=8;
    buffer[58]=(UI8)(len&0xff);
    len>>=8;
    buffer[59]=(UI8)(len&0xff);
    //變換
    FirstTransform((UI32*)buffer);
    CoreTransform();
   }
   else if(dataBlockLen>=56)
   {
    //添加1和0
    buffer[dataBlockLen]=0x80;
    //變換
    FirstTransform((UI32*)buffer);
    CoreTransform();
    //添加長度
    memset(buffer,0,64);
    buffer[56]=(UI8)(len&0xff);
    len>>=8;
    buffer[57]=(UI8)(len&0xff);
    len>>=8;
    buffer[58]=(UI8)(len&0xff);
    len>>=8;
    buffer[59]=(UI8)(len&0xff);
    //變換
    FirstTransform((UI32*)buffer);
    CoreTransform();
   }
  }
  else if(dataBlockLen == 64)
  {
   //變換
   FirstTransform((UI32*)buffer);
   CoreTransform();
  }
 }

 //把64字節的原始數據data進行初步轉化到m_data中去
 void FirstTransform(UI32 *data)
 {
  memcpy(m_data,data,64);
 }
 
 //核心變換
 void CoreTransform()
 {
  UI32 a = m_state[0];
  UI32 b = m_state[1];
  UI32 c = m_state[2];
  UI32 d = m_state[3];

  /* Round 1 */
  md5_FF (a, b, c, d, m_data[ 0], md5_S11, 0xd76aa478); /* 1 */
  md5_FF (d, a, b, c, m_data[ 1], md5_S12, 0xe8c7b756); /* 2 */
  md5_FF (c, d, a, b, m_data[ 2], md5_S13, 0x242070db); /* 3 */
  md5_FF (b, c, d, a, m_data[ 3], md5_S14, 0xc1bdceee); /* 4 */
  md5_FF (a, b, c, d, m_data[ 4], md5_S11, 0xf57c0faf); /* 5 */
  md5_FF (d, a, b, c, m_data[ 5], md5_S12, 0x4787c62a); /* 6 */
  md5_FF (c, d, a, b, m_data[ 6], md5_S13, 0xa8304613); /* 7 */
  md5_FF (b, c, d, a, m_data[ 7], md5_S14, 0xfd469501); /* 8 */
  md5_FF (a, b, c, d, m_data[ 8], md5_S11, 0x698098d8); /* 9 */
  md5_FF (d, a, b, c, m_data[ 9], md5_S12, 0x8b44f7af); /* 10 */
  md5_FF (c, d, a, b, m_data[10], md5_S13, 0xffff5bb1); /* 11 */
  md5_FF (b, c, d, a, m_data[11], md5_S14, 0x895cd7be); /* 12 */
  md5_FF (a, b, c, d, m_data[12], md5_S11, 0x6b901122); /* 13 */
  md5_FF (d, a, b, c, m_data[13], md5_S12, 0xfd987193); /* 14 */
  md5_FF (c, d, a, b, m_data[14], md5_S13, 0xa679438e); /* 15 */
  md5_FF (b, c, d, a, m_data[15], md5_S14, 0x49b40821); /* 16 */
  
  /* Round 2 */
  md5_GG (a, b, c, d, m_data[ 1], md5_S21, 0xf61e2562); /* 17 */
  md5_GG (d, a, b, c, m_data[ 6], md5_S22, 0xc040b340); /* 18 */
  md5_GG (c, d, a, b, m_data[11], md5_S23, 0x265e5a51); /* 19 */
  md5_GG (b, c, d, a, m_data[ 0], md5_S24, 0xe9b6c7aa); /* 20 */
  md5_GG (a, b, c, d, m_data[ 5], md5_S21, 0xd62f105d); /* 21 */
  md5_GG (d, a, b, c, m_data[10], md5_S22,  0x2441453); /* 22 */
  md5_GG (c, d, a, b, m_data[15], md5_S23, 0xd8a1e681); /* 23 */
  md5_GG (b, c, d, a, m_data[ 4], md5_S24, 0xe7d3fbc8); /* 24 */
  md5_GG (a, b, c, d, m_data[ 9], md5_S21, 0x21e1cde6); /* 25 */
  md5_GG (d, a, b, c, m_data[14], md5_S22, 0xc33707d6); /* 26 */
  md5_GG (c, d, a, b, m_data[ 3], md5_S23, 0xf4d50d87); /* 27 */
  md5_GG (b, c, d, a, m_data[ 8], md5_S24, 0x455a14ed); /* 28 */
  md5_GG (a, b, c, d, m_data[13], md5_S21, 0xa9e3e905); /* 29 */
  md5_GG (d, a, b, c, m_data[ 2], md5_S22, 0xfcefa3f8); /* 30 */
  md5_GG (c, d, a, b, m_data[ 7], md5_S23, 0x676f02d9); /* 31 */
  md5_GG (b, c, d, a, m_data[12], md5_S24, 0x8d2a4c8a); /* 32 */
  
  /* Round 3 */
  md5_HH (a, b, c, d, m_data[ 5], md5_S31, 0xfffa3942); /* 33 */
  md5_HH (d, a, b, c, m_data[ 8], md5_S32, 0x8771f681); /* 34 */
  md5_HH (c, d, a, b, m_data[11], md5_S33, 0x6d9d6122); /* 35 */
  md5_HH (b, c, d, a, m_data[14], md5_S34, 0xfde5380c); /* 36 */
  md5_HH (a, b, c, d, m_data[ 1], md5_S31, 0xa4beea44); /* 37 */
  md5_HH (d, a, b, c, m_data[ 4], md5_S32, 0x4bdecfa9); /* 38 */
  md5_HH (c, d, a, b, m_data[ 7], md5_S33, 0xf6bb4b60); /* 39 */
  md5_HH (b, c, d, a, m_data[10], md5_S34, 0xbebfbc70); /* 40 */
  md5_HH (a, b, c, d, m_data[13], md5_S31, 0x289b7ec6); /* 41 */
  md5_HH (d, a, b, c, m_data[ 0], md5_S32, 0xeaa127fa); /* 42 */
  md5_HH (c, d, a, b, m_data[ 3], md5_S33, 0xd4ef3085); /* 43 */
  md5_HH (b, c, d, a, m_data[ 6], md5_S34,  0x4881d05); /* 44 */
  md5_HH (a, b, c, d, m_data[ 9], md5_S31, 0xd9d4d039); /* 45 */
  md5_HH (d, a, b, c, m_data[12], md5_S32, 0xe6db99e5); /* 46 */
  md5_HH (c, d, a, b, m_data[15], md5_S33, 0x1fa27cf8); /* 47 */
  md5_HH (b, c, d, a, m_data[ 2], md5_S34, 0xc4ac5665); /* 48 */
  
  /* Round 4 */
  md5_II (a, b, c, d, m_data[ 0], md5_S41, 0xf4292244); /* 49 */
  md5_II (d, a, b, c, m_data[ 7], md5_S42, 0x432aff97); /* 50 */
  md5_II (c, d, a, b, m_data[14], md5_S43, 0xab9423a7); /* 51 */
  md5_II (b, c, d, a, m_data[ 5], md5_S44, 0xfc93a039); /* 52 */
  md5_II (a, b, c, d, m_data[12], md5_S41, 0x655b59c3); /* 53 */
  md5_II (d, a, b, c, m_data[ 3], md5_S42, 0x8f0ccc92); /* 54 */
  md5_II (c, d, a, b, m_data[10], md5_S43, 0xffeff47d); /* 55 */
  md5_II (b, c, d, a, m_data[ 1], md5_S44, 0x85845dd1); /* 56 */
  md5_II (a, b, c, d, m_data[ 8], md5_S41, 0x6fa87e4f); /* 57 */
  md5_II (d, a, b, c, m_data[15], md5_S42, 0xfe2ce6e0); /* 58 */
  md5_II (c, d, a, b, m_data[ 6], md5_S43, 0xa3014314); /* 59 */
  md5_II (b, c, d, a, m_data[13], md5_S44, 0x4e0811a1); /* 60 */
  md5_II (a, b, c, d, m_data[ 4], md5_S41, 0xf7537e82); /* 61 */
  md5_II (d, a, b, c, m_data[11], md5_S42, 0xbd3af235); /* 62 */
  md5_II (c, d, a, b, m_data[ 2], md5_S43, 0x2ad7d2bb); /* 63 */
  md5_II (b, c, d, a, m_data[ 9], md5_S44, 0xeb86d391); /* 64 */

  //拷貝回去
  m_state[0] += a;
  m_state[1] += b;
  m_state[2] += c;
  m_state[3] += d;
 }

private:
 UI32 m_state[4]; //保存有md5輸出值
 UI32 m_data[16]; //保存有每步變換時對輸入的初始化轉化值
};

#endif

 

說明:這個函數只有一個類和一個輸出函數,直接使用以下方式就能進行計算:

MD5 md5;

UI8 dataOut[16];

char *s="abc";

md5.Hash(dataOut,(UI8*)s,strlen(s));

代碼經過測試。作者歡迎您提出自己的意見和建議,但作者不對本代碼的安全和正確性付任何責任。 


注意!

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