iOS - 简单了解MD5加密

2019-05-05  本文已影响0人  Longshihua

MD5

MD5消息摘要算法（英语：MD5 Message-Digest Algorithm），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由美国密码学家罗纳德·李维斯特（Ronald Linn Rivest）设计，于1992年公开，用以取代MD4算法。

将数据（如一段文字）运算变为另一固定长度值，是散列算法的基础原理。MD5加密是最常用的加密方法之一，是从一段字符串中通过相应特征生成一段32位的数字字母混合码，对输入信息生成唯一的128位散列值（32个字符），也就是32个16进制的字符

算法原理

对MD5算法简要的叙述可以为：MD5以512位分组来处理输入的信息，且每一分组又被划分为16个32位子分组，经过了一系列的处理后，算法的输出由四个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。

在MD5算法中，首先需要对信息进行填充，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，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。然后，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。经过这两步的处理，现在的信息的位长=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。

md.png

如图，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。

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。

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^Z
I(X, Y, Z)=Y^(X|(~Z))

(&；是与，|是或，~是非，^是异或）

具体这64次循环（分4轮）过程函数如下：

第一轮：（MD5一共4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）

MD5算法性质

1、压缩性：任意长度的数据，算出的MD5值长度都是固定的。
2、容易计算：从原数据计算出MD5值很容易。
3、抗修改性：对原数据进行任何改动，哪怕只修改1个字节，所得到的MD5值都有很大区别。

简单的例子

一般128位的MD5散列被表示为32位十六进制数字。以下是一个43位长的仅ASCII字母列的MD5散列：

MD5("The quick brown fox jumps over the lazy dog")
= 9e107d9d372bb6826bd81d3542a419d6

即使在原文中作一个小变化（比如用c取代d）其散列也会发生巨大的变化：

MD5("The quick brown fox jumps over the lazy cog")
= 1055d3e698d289f2af8663725127bd4b

4、弱抗碰撞：已知原数据和其MD5值，想找到一个具有相同MD5值的数据（即伪造数据）是非常困难的。
5、强抗碰撞：想找到两个不同的数据，使它们具有相同的MD5值，是非常困难的。
6、MD5加密是不可解密的，但是网上有一些解析MD5的，那个相当于一个大型的数据库，通过匹配MD5去找到原密码。所以，只要在要加密的字符串前面加上一些字母数字符号或者多次MD5加密，这样出来的结果一般是解析不出来的。

MD5的应用

由于MD5加密算法具有较好的安全性，而且免费，因此该加密算法被广泛使用

例如，服务器预先提供一个MD5校验和，用户下载完文件以后，用MD5算法计算下载文件的MD5校验和，然后通过检查这两个校验和是否一致，就能判断下载的文件是否出错。

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。

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、数字签名等诸多方面。

MD5的安全性

普遍认为MD5是很安全，因为暴力破解的时间是一般人无法接受的。实际上如果把用户的密码MD5处理后再存储到数据库，其实是很不安全的。因为用户的密码是比较短的，而且很多用户的密码都使用生日，手机号码，身份证号码，电话号码等等。或者使用常用的一些吉利的数字，或者某个英文单词。如果把常用的密码先MD5处理，把数据存储起来，然后再跟你的MD5结果匹配，这时就有可能得到明文。

比如：某个MD5破解网站md5，所以现在大多数网站密码的策略是强制要求用户使用数字大小写字母的组合的方式提高用户密码的安全度。

MD5算法实现

OC实现

在iOS中使用MD5加密较简单，需要引入头文件CommonCrypto/CommonDigest.h

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface NSString (MD5)

- (NSString *)MD5;

@end

#import "NSString+MD5.h"
#import <CommonCrypto/CommonDigest.h>

@implementation NSString (MD5)

- (NSString *)MD5 {
    // 转换成utf-8
    const char *pointer = [self UTF8String];
    // CC_MD5_DIGEST_LENGTH: 摘要长度 16
    // 开辟一个16字节（128位：md5加密出来就是128位/bit）的空间（一个字节=8字位=8个二进制数）
    unsigned char md5Buffer[CC_MD5_DIGEST_LENGTH];

    /*
     extern unsigned char *CC_MD5(const void *data, CC_LONG len, unsigned char *md)官方封装好的加密方法
     把cStr字符串转换成了32位的16进制数列（这个过程不可逆转） 存储到了result这个空间中
     */
    CC_MD5(pointer, (CC_LONG)strlen(pointer), md5Buffer);

    // 创建一个32字符的可变字符串
    NSMutableString *string = [NSMutableString stringWithCapacity:CC_MD5_DIGEST_LENGTH * 2];

    /*
     x表示十六进制，%02X  意思是不足两位将用0补齐，如果多余两位则不影响
     NSLog("%02X", 0x888);  //888
     NSLog("%02X", 0x4); //04
     */
    for (int i = 0; i < CC_MD5_DIGEST_LENGTH; i++)
        [string appendFormat:@"%02x",md5Buffer[i]];

    return string;
}

@end

简单使用

NSString *md5String = @"hello".MD5;
NSLog(@"%@", md5String); // 5d41402abc4b2a76b9719d911017c592

Swift实现

需要import CommonCrypto

extension String {
    // Swift5之前
    var md5: String? {
        guard let data = self.data(using: .utf8) else { return nil }
        let hash = data.withUnsafeBytes { (bytes: UnsafePointer<Data>) -> [UInt8] in
            var hash: [UInt8] = [UInt8](repeating: 0, count: Int(CC_MD5_DIGEST_LENGTH))
            CC_MD5(bytes, CC_LONG(data.count), &hash)
            return hash
        }
        return hash.map { String(format: "%02x", $0) }.joined()
    }

   // Swift5
    var md5: String {
        let data = Data(self.utf8)
        let hash = data.withUnsafeBytes { (bytes: UnsafeRawBufferPointer) -> [UInt8] in
            var hash = [UInt8](repeating: 0, count: Int(CC_MD5_DIGEST_LENGTH))
            CC_MD5(bytes.baseAddress, CC_LONG(data.count), &hash)
            return hash
        }
        return hash.map { String(format: "%02x", $0) }.joined()
    }
}

简单使用

let md5String = "hello".md5
print(md5String) // 5d41402abc4b2a76b9719d911017c592

convert a String to an MD5 hash in iOS using Swift

参考

MD5

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