什么是md5算法
简介
MD5消息摘要算法（MD5 Message-Digest Algorithm），是一种被广泛使用的密码散列函数，可以产生出一个128位（16字节）的散列值（hash value），用于确保信息传输完整一致。
MD5算法经常用以进行文件、应用到软件下载站、论坛数据库、系统文件安全校验等。MD5的典型应用是对一段信息（Message）产生信息摘要（Message-Digest），以防止被篡改。大致结构如下：
MD5 (“内容”) = 38b8c2c1093dd0fec383a9d9ac940515（32位）
md5特点
1.长度固定:
不管多长的字符串,加密后长度都是一样长
作用:方便平时信息的统计和管理
2.易计算:
字符串和文件加密的过程是容易的.
作用: 开发者很容易理解和做出加密工具
3.细微性
一个文件,不管多大,小到几k,大到几G,你只要改变里面某个字符,那么都会导致MD5值改变.
作用:很多软件和应用在网站提供下载资源,其中包含了对文件的MD5码,用户下载后只需要用工具测一下下载好的文件,通过对比就知道该文件是否有过更改变动.
4.不可逆性
你明明知道密文和加密方式,你却无法反向计算出原密码.
作用:基于这个特点,很多安全的加密方式都是用到.大大提高了数据的安全性。
md5撞库破解
这是概率极低的破解方法,原理就是:
-
建立一个大型的数据库,把日常的各个语句,通过MD5加密成为密文,不断的积累大量的句子,放在一个庞大的数据库里.
-
当一个人拿到了别人的密文,想去查询真实的密码,就需要那这个密文去到提供这个数据库的公司网站去查询.
这就是撞库的概念.
md5算法过程
MD5算法的过程分为四步：处理原文，设置初始值，循环加工，拼接结果。
第一步:处理原文
首先，我们计算出原文长度(bit)对512求余的结果，如果不等于448，就需要填充原文使得原文对512求余的结果等于448。填充的方法是第一位填充1，其余位填充0。填充完后，信息的长度就是512*N+448。
之后，用剩余的位置（512-448=64位）记录原文的真正长度，把长度的二进制值补在最后。这样处理后的信息长度就是512*(N+1)。
第二步:设置初始值
MD5的哈希结果长度为128位，按每32位分成一组共4组。这4组结果是由4个初始值A、B、C、D经过不断演变得到。MD5的官方实现中，A、B、C、D的初始值如下（16进制）：
A=0x01234567
B=0x89ABCDEF
C=0xFEDCBA98
D=0x76543210
第三步:循环加工
这一步是最复杂的一步，我们看看下面这张图，此图代表了单次A,B,C,D值演变的流程。
演变流程
图中，A，B，C，D就是哈希值的四个分组。每一次循环都会让旧的ABCD产生新的ABCD。一共进行多少次循环呢？由处理后的原文长度决定。
假设处理后的原文长度是M，主循环次数 = M / 512，每个主循环中包含 512 / 32 * 4 = 64 次 子循环。
上面这张图所表达的就是单次子循环的流程。
下面对图中其他元素一一解释：
1.绿色F
图中的绿色F，代表非线性函数。官方MD5所用到的函数有四种：
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))
在主循环下面64次子循环中，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。
2.红色“田”字
很简单，红色的田字代表相加的意思。
3.Mi
Mi是第一步处理后的原文。在第一步中，处理后原文的长度是512的整数倍。把原文的每512位再分成16等份，命名为M0M15，每一等份长度32。在64次子循环中，每16次循环，都会交替用到M1M16之一。
4.Ki
一个常量，在64次子循环中，每一次用到的常量都是不同的。
5.黄色的<<
第一轮：
FF(a,b,c,d,M0,7,0xd76aa478） s[0]=7, K[0] = 0xd76aa478
FF(a,b,c,d,M1,12,0xe8c7b756） s[1]=12, K[1] = 0xe8c7b756
FF(a,b,c,d,M2,17,0x242070db)
FF(a,b,c,d,M3,22,0xc1bdceee)
FF(a,b,c,d,M4,7,0xf57c0faf)
FF(a,b,c,d,M5,12,0x4787c62a)
FF(a,b,c,d,M6,17,0xa8304613）
FF(a,b,c,d,M7,22,0xfd469501）
FF(a,b,c,d,M8,7,0x698098d8）
FF(a,b,c,d,M9,12,0x8b44f7af)
FF(a,b,c,d,M10,17,0xffff5bb1）
FF(a,b,c,d,M11,22,0x895cd7be)
FF(a,b,c,d,M12,7,0x6b901122）
FF(a,b,c,d,M13,12,0xfd987193）
FF(a,b,c,d,M14,17, 0xa679438e)
FF(a,b,c,d,M15,22,0x49b40821）
第二轮：
GG(a,b,c,d,M1,5,0xf61e2562）
GG(a,b,c,d,M6,9,0xc040b340）
GG(a,b,c,d,M11,14,0x265e5a51）
GG(a,b,c,d,M0,20,0xe9b6c7aa)
GG(a,b,c,d,M5,5,0xd62f105d)
GG(a,b,c,d,M10,9,0x02441453）
GG(a,b,c,d,M15,14,0xd8a1e681）
GG(a,b,c,d,M4,20,0xe7d3fbc8）
GG(a,b,c,d,M9,5,0x21e1cde6）
GG(a,b,c,d,M14,9,0xc33707d6）
GG(a,b,c,d,M3,14,0xf4d50d87）
GG(a,b,c,d,M8,20,0x455a14ed)
GG(a,b,c,d,M13,5,0xa9e3e905）
GG(a,b,c,d,M2,9,0xfcefa3f8）
GG(a,b,c,d,M7,14,0x676f02d9）
GG(a,b,c,d,M12,20,0x8d2a4c8a)
第三轮：
HH(a,b,c,d,M5,4,0xfffa3942）
HH(a,b,c,d,M8,11,0x8771f681）
HH(a,b,c,d,M11,16,0x6d9d6122）
HH(a,b,c,d,M14,23,0xfde5380c)
HH(a,b,c,d,M1,4,0xa4beea44）
HH(a,b,c,d,M4,11,0x4bdecfa9）
HH(a,b,c,d,M7,16,0xf6bb4b60）
HH(a,b,c,d,M10,23,0xbebfbc70）
HH(a,b,c,d,M13,4,0x289b7ec6）
HH(a,b,c,d,M0,11,0xeaa127fa)
HH(a,b,c,d,M3,16,0xd4ef3085）
HH(a,b,c,d,M6,23,0x04881d05）
HH(a,b,c,d,M9,4,0xd9d4d039）
HH(a,b,c,d,M12,11,0xe6db99e5）
HH(a,b,c,d,M15,16,0x1fa27cf8）
HH(a,b,c,d,M2,23,0xc4ac5665）
第四轮：
Ⅱ（a,b,c,d,M0,6,0xf4292244）
Ⅱ（a,b,c,d,M7,10,0x432aff97）
Ⅱ（a,b,c,d,M14,15,0xab9423a7）
Ⅱ（a,b,c,d,M5,21,0xfc93a039）
Ⅱ（a,b,c,d,M12,6,0x655b59c3）
Ⅱ（a,b,c,d,M3,10,0x8f0ccc92）
Ⅱ（a,b,c,d,M10,15,0xffeff47d)
Ⅱ（a,b,c,d,M1,21,0x85845dd1）
Ⅱ（a,b,c,d,M8,6,0x6fa87e4f)
Ⅱ（a,b,c,d,M15,10,0xfe2ce6e0)
Ⅱ（a,b,c,d,M6,15,0xa3014314）
Ⅱ（a,b,c,d,M13,21,0x4e0811a1）
Ⅱ（a,b,c,d,M4,6,0xf7537e82）
Ⅱ（a,b,c,d,M11,10,0xbd3af235）
Ⅱ（a,b,c,d,M2,15,0x2ad7d2bb)
Ⅱ（a,b,c,d,M9,21,0xeb86d391）
第四步:拼接结果
这一步就很简单了，把循环加工最终产生的A，B，C，D四个值拼接在一起，转换成字符串即可。
md5算法的Java实现
public class MD5{
//四个链接变量
private final int A=0x67452301;
private final int B=0xefcdab89;
private final int C=0x98badcfe;
private final int D=0x10325476;
//ABCD的临时变量
private int Atemp,Btemp,Ctemp,Dtemp;
//常量ti 公式:floor(abs(sin(i+1))×(2pow32)
private final int K[]={
0xd76aa478,0xe8c7b756,0x242070db,0xc1bdceee,
0xf57c0faf,0x4787c62a,0xa8304613,0xfd469501,0x698098d8,
0x8b44f7af,0xffff5bb1,0x895cd7be,0x6b901122,0xfd987193,
0xa679438e,0x49b40821,0xf61e2562,0xc040b340,0x265e5a51,
0xe9b6c7aa,0xd62f105d,0x02441453,0xd8a1e681,0xe7d3fbc8,
0x21e1cde6,0xc33707d6,0xf4d50d87,0x455a14ed,0xa9e3e905,
0xfcefa3f8,0x676f02d9,0x8d2a4c8a,0xfffa3942,0x8771f681,
0x6d9d6122,0xfde5380c,0xa4beea44,0x4bdecfa9,0xf6bb4b60,
0xbebfbc70,0x289b7ec6,0xeaa127fa,0xd4ef3085,0x04881d05,
0xd9d4d039,0xe6db99e5,0x1fa27cf8,0xc4ac5665,0xf4292244,
0x432aff97,0xab9423a7,0xfc93a039,0x655b59c3,0x8f0ccc92,
0xffeff47d,0x85845dd1,0x6fa87e4f,0xfe2ce6e0,0xa3014314,
0x4e0811a1,0xf7537e82,0xbd3af235,0x2ad7d2bb,0xeb86d391};
//向左位移数,计算方法未知
private final int s[]={7,12,17,22,7,12,17,22,7,12,17,22,7,
12,17,22,5,9,14,20,5,9,14,20,5,9,14,20,5,9,14,20,
4,11,16,23,4,11,16,23,4,11,16,23,4,11,16,23,6,10,
15,21,6,10,15,21,6,10,15,21,6,10,15,21};
//初始化函数
private void init(){
Atemp=A;
Btemp=B;
Ctemp=C;
Dtemp=D;
}
//移动一定位数
private int shift(int a,int s){
return(a<<s)|(a>>>(32-s));//右移的时候，高位一定要补零，而不是补充符号位
}
//主循环
private void MainLoop(int M[]){
int F,g;
int a=Atemp;
int b=Btemp;
int c=Ctemp;
int d=Dtemp;
for(int i = 0; i < 64; i ++){
if(i<16){
F=(b&c)|((~b)&d);
g=i;
}else if(i<32){
F=(d&b)|((~d)&c);
g=(5*i+1)%16;
}else if(i<48){
F=b^c^d;
g=(3*i+5)%16;
}else{
F=c^(b|(~d));
g=(7*i)%16;
}
int tmp=d;
d=c;
c=b;
b=b+shift(a+F+K[i]+M[g],s[i]);
a=tmp;
}
Atemp=a+Atemp;
Btemp=b+Btemp;
Ctemp=c+Ctemp;
Dtemp=d+Dtemp;
}
/*
*填充函数
*处理后应满足bits≡448(mod512),字节就是bytes≡56（mode64)
*填充方式为先加一个0,其它位补零
*最后加上64位的原来长度
*/
private int[] add(String str){
int num=((str.length()+8)/64)+1;//以512位，64个字节为一组
int strByte[]=new int[num*16];//64/4=16，所以有16个整数
for(int i=0;i<num*16;i++){//全部初始化0
strByte[i]=0;
}
int i;
for(i=0;i<str.length();i++){
strByte[i>>2]|=str.charAt(i)<<((i%4)*8);//一个整数存储四个字节，小端序
}
strByte[i>>2]|=0x80<<((i%4)*8);//尾部添加1
//添加原长度，长度指位的长度，所以要乘8，然后是小端序，所以放在倒数第二个,这里长度只用了32位
strByte[num*16-2]=str.length()*8;
return strByte;
}
//调用函数
public String getMD5(String source){
init();
int strByte[]=add(source);
for(int i=0;i<strByte.length/16;i++){
int num[]=new int[16];
for(int j=0;j<16;j++){
num[j]=strByte[i*16+j];
}
MainLoop(num);
}
return changeHex(Atemp)+changeHex(Btemp)+changeHex(Ctemp)+changeHex(Dtemp);
}
//整数变成16进制字符串
private String changeHex(int a){
String str="";
for(int i=0;i<4;i++){
str+=String.format("%2s", Integer.toHexString(((a>>i*8)%(1<<8))&0xff)).replace(' ', '0');
}
return str;
}
//单例
private static MD5 instance;
public static MD5 getInstance(){
if(instance==null){
instance=new MD5();
}
return instance;
}
private MD5(){};
public static void main(String[] args){
String str=MD5.getInstance().getMD5("123");
System.out.println(str);
}
}
md5算法的应用
对信息产生摘要
MD5的典型应用是对一段信息（Message）产生信息摘要（Message-Digest），以防止被篡改。比如，在UNIX下有很多软件在下载的时候都有一个文件名相同，文件扩展名为.md5的文件，在这个文件中通常只有一行文本，大致结构如：
MD5 (tanajiya.tar.gz) = 0ca175b9c0f726a831d895e269332461
这就是tanajiya.tar.gz文件的数字签名。MD5将整个文件当作一个大文本信息，通过其不可逆的字符串变换算法，产生了这个唯一的MD5信息摘要。为了让读者朋友对MD5的应用有个直观的认识，笔者以一个比方和一个实例来简要描述一下其工作过程：
大家都知道，地球上任何人都有自己独一无二的指纹，这常常成为公安机关鉴别罪犯身份最值得信赖的方法；与之类似，MD5就可以为任何文件（不管其大小、格式、数量）产生一个同样独一无二的“数字指纹”，如果任何人对文件做了任何改动，其MD5值也就是对应的“数字指纹”都会发生变化。
我们常常在某些软件下载站点的某软件信息中看到其MD5值，它的作用就在于我们可以在下载该软件后，对下载回来的文件用专门的软件（如Windows MD5 Check等）做一次MD5校验，以确保我们获得的文件与该站点提供的文件为同一文件。利用MD5算法来进行文件校验的方案被大量应用到软件下载站、论坛数据库、系统文件安全等方面。
对字节串产生指纹
MD5的典型应用是对一段Message(字节串)产生fingerprint(指纹)，以防止被“篡改”。举个例子，你将一段话写在一个叫 readme.txt文件中，并对这个readme.txt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（两个MD5值不相同）。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。
登录认证
MD5还广泛用于操作系统的登陆认证上，如Unix、各类BSD系统登录密码、数字签名等诸多方。如在UNIX系统中用户的密码是以MD5（或其它类似的算法）经Hash运算后存储在文件系统中。当用户登录的时候，系统把用户输入的密码进行MD5 Hash运算，然后再去和保存在文件系统中的MD5值进行比较，进而确定输入的密码是否正确。通过这样的步骤，系统在并不知道用户密码的明码的情况下就可以确定用户登录系统的合法性。这可以避免用户的密码被具有系统管理员权限的用户知道。MD5将任意长度的“字节串”映射为一个128bit的大整数，并且是通过该128bit反推原始字符串是困难的，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，这有点象不存在反函数的数学函数。所以，要遇到了md5密码的问题，比较好的办法是：你可以用这个系统中的md5()函数重新设一个密码，如admin，把生成的一串密码的Hash值覆盖原来的Hash值就行了。
正是因为这个原因，现在被黑客使用最多的一种破译密码的方法就是一种被称为"跑字典"的方法。有两种方法得到字典，一种是日常搜集的用做密码的字符串表，另一种是用排列组合方法生成的，先用MD5程序计算出这些字典项的MD5值，然后再用目标的MD5值在这个字典中检索。我们假设密码的最大长度为8位字节（8 Bytes），同时密码只能是字母和数字，共26+26+10=62个字符，排列组合出的字典的项数则是P(62,1)+P(62,2)….+P(62,8)，那也已经是一个很天文的数字了，存储这个字典就需要TB级的磁盘阵列，而且这种方法还有一个前提，就是能获得目标账户的密码MD5值的情况下才可以。这种加密技术被广泛的应用于UNIX系统中，这也是为什么UNIX系统比一般操作系统更为坚固一个重要原因。
