關(guān)于MD5算法原理與常用實(shí)現(xiàn)方式
定義
MD全稱Message-Digest，即信息摘要，所以MD家族的算法也叫信息摘要算法
MD家族有MD2、MD3、MD4、MD5，一代比一代強(qiáng)。
所以MD5是MD算法家族中，目前最常用的一種加密算法。
任何信息，都可以通過MD5算法運(yùn)算生成一個(gè)16字節(jié)（128位）的散列值，但卻無法通過這16個(gè)字節(jié)的散列值獲得加密前的信息。
最終這16個(gè)散列值，通常用一個(gè)長(zhǎng)度為32的十六進(jìn)制字符串來表示。
這就是MD5最重要的一個(gè)特性：加密不可逆。
MD5特點(diǎn)
加密不可逆，即無法通過密文得到原文。
不變性，即相同的原文，通過MD5算法得到的密文總是相同的。
散列性，即對(duì)原文作輕微的改動(dòng)，都可導(dǎo)致最終的密文完全改變。
常見應(yīng)用場(chǎng)景
1、校驗(yàn)文件的完整性
如果張三給李四傳了一個(gè)文件，如何確認(rèn)這個(gè)文件傳給李四是完整的呢
張三傳文件前，先對(duì)文件做一個(gè)MD5加密，同時(shí)把MD5加密的密文傳給李四
李四收到文件，也對(duì)該文件做MD5加密，如果得到的密文和張三給的密文一樣，就說明文件是完整的。
2、存儲(chǔ)用戶密碼
用戶密碼，理論上也不能直接明文存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，因?yàn)橐坏?shù)據(jù)庫(kù)被破解，用戶的密碼就全部丟失了
所以可以將用戶密碼做一個(gè)MD5加密，然后將密文存在數(shù)據(jù)庫(kù)中
用戶登錄的時(shí)候，可以將用戶的密碼進(jìn)行MD5加密，然后比對(duì)密文和數(shù)據(jù)庫(kù)中的密文是否一致，來判斷用戶前臺(tái)填的密碼是否正確。
這只是一個(gè)思路，一般不會(huì)這么簡(jiǎn)單，一般生產(chǎn)環(huán)境會(huì)對(duì)用戶密碼加鹽加密等等的處理，用戶信息更加重要的，則需要更加復(fù)雜的計(jì)算邏輯。
原理
MD5的加密過程，整體來看，就是先定義四個(gè)值，然后用這四個(gè)值，對(duì)原文信息進(jìn)行計(jì)算，并得到新的四個(gè)值，然后再對(duì)原文進(jìn)行計(jì)算，再得到新的四個(gè)值，如此循環(huán)一定次數(shù)，最終對(duì)最后的這四個(gè)值進(jìn)行簡(jiǎn)單的字符串拼接，就得到了最終的密文。
主要就是下面這3步：
1、填補(bǔ)信息
用原文長(zhǎng)度位數(shù)對(duì)512求余，如果結(jié)果不為448，就填充到448位。填充是第一位填1，后面填0。512-448=64，用這剩余的64位，記錄原文長(zhǎng)度。
最終得到一個(gè)填補(bǔ)完的信息（總長(zhǎng)=原文長(zhǎng)度+512位）
2、拿到初始值
四個(gè)初始值，是MD5這個(gè)算法提前定義好的，分別是4個(gè)32位的值，總共剛好128位。
我們用ABCD命名：
- A=0x01234567
- B=0x89ABCDEF
- C=0xFEDCBA98
- D=0x76543210
3、真正的計(jì)算
計(jì)算分為多次循環(huán)，每次循環(huán)，都是用ABCD和原文在第一步填補(bǔ)完的信息，進(jìn)行計(jì)算，最終得到新的ABCD。最后將最后一次ABCD拼成字符串，就是最終的密文。
- 循環(huán)先分為主循環(huán)，每個(gè)主循環(huán)中又套有子循環(huán)。
- 主循環(huán)次數(shù) = 原文長(zhǎng)度/512。
- 子循環(huán)次數(shù) = 64次。
我們看看單次子循環(huán)都做了什么：
下面是單次子循環(huán)真正的計(jì)算邏輯（這段實(shí)現(xiàn)摘自網(wǎng)友）：
圖中，A，B，C，D就是哈希值的四個(gè)分組。每一次循環(huán)都會(huì)讓舊的ABCD產(chǎn)生新的ABCD。一共進(jìn)行多少次循環(huán)呢？由處理后的原文長(zhǎng)度決定。
- 假設(shè)處理后的原文長(zhǎng)度是M
- 主循環(huán)次數(shù) = M / 512
- 每個(gè)主循環(huán)中包含 512 / 32 * 4 = 64 次 子循環(huán)。
上面這張圖所表達(dá)的就是單次子循環(huán)的流程。
下面對(duì)圖中其他元素一一解釋：
1.綠色F
圖中的綠色F，代表非線性函數(shù)。官方MD5所用到的函數(shù)有四種：
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))
在主循環(huán)下面64次子循環(huán)中，F(xiàn)、G、H、I 交替使用，第一個(gè)16次使用F，第二個(gè)16次使用G，第三個(gè)16次使用H，第四個(gè)16次使用I。
2.紅色“田”字
很簡(jiǎn)單，紅色的田字代表相加的意思。
3.Mi
Mi是第一步處理后的原文。在第一步中，處理后原文的長(zhǎng)度是512的整數(shù)倍。把原文的每512位再分成16等份，命名為M0 ~ M15，每一等份長(zhǎng)度32。在64次子循環(huán)中，每16次循環(huán)，都會(huì)交替用到M1 ~ M16之一。
4.Ki
一個(gè)常量，在64次子循環(huán)中，每一次用到的常量都是不同的。
5.黃色的<<
FF(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+F(b,c,d)+Mj+ti)<<<s)
<<<s表示循環(huán)左移s位
第一輪 a=FF(a,b,c,d,M0,7,0xd76aa478) b=FF(d,a,b,c,M1,12,0xe8c7b756) c=FF(c,d,a,b,M2,17,0x242070db) d=FF(b,c,d,a,M3,22,0xc1bdceee) a=FF(a,b,c,d,M4,7,0xf57c0faf) b=FF(d,a,b,c,M5,12,0x4787c62a) c=FF(c,d,a,b,M6,17,0xa8304613) d=FF(b,c,d,a,M7,22,0xfd469501) a=FF(a,b,c,d,M8,7,0x698098d8) b=FF(d,a,b,c,M9,12,0x8b44f7af) c=FF(c,d,a,b,M10,17,0xffff5bb1) d=FF(b,c,d,a,M11,22,0x895cd7be) a=FF(a,b,c,d,M12,7,0x6b901122) b=FF(d,a,b,c,M13,12,0xfd987193) c=FF(c,d,a,b,M14,17,0xa679438e) d=FF(b,c,d,a,M15,22,0x49b40821) 第二輪 a=GG(a,b,c,d,M1,5,0xf61e2562) b=GG(d,a,b,c,M6,9,0xc040b340) c=GG(c,d,a,b,M11,14,0x265e5a51) d=GG(b,c,d,a,M0,20,0xe9b6c7aa) a=GG(a,b,c,d,M5,5,0xd62f105d) b=GG(d,a,b,c,M10,9,0x02441453) c=GG(c,d,a,b,M15,14,0xd8a1e681) d=GG(b,c,d,a,M4,20,0xe7d3fbc8) a=GG(a,b,c,d,M9,5,0x21e1cde6) b=GG(d,a,b,c,M14,9,0xc33707d6) c=GG(c,d,a,b,M3,14,0xf4d50d87) d=GG(b,c,d,a,M8,20,0x455a14ed) a=GG(a,b,c,d,M13,5,0xa9e3e905) b=GG(d,a,b,c,M2,9,0xfcefa3f8) c=GG(c,d,a,b,M7,14,0x676f02d9) d=GG(b,c,d,a,M12,20,0x8d2a4c8a) 第三輪 a=HH(a,b,c,d,M5,4,0xfffa3942) b=HH(d,a,b,c,M8,11,0x8771f681) c=HH(c,d,a,b,M11,16,0x6d9d6122) d=HH(b,c,d,a,M14,23,0xfde5380c) a=HH(a,b,c,d,M1,4,0xa4beea44) b=HH(d,a,b,c,M4,11,0x4bdecfa9) c=HH(c,d,a,b,M7,16,0xf6bb4b60) d=HH(b,c,d,a,M10,23,0xbebfbc70) a=HH(a,b,c,d,M13,4,0x289b7ec6) b=HH(d,a,b,c,M0,11,0xeaa127fa) c=HH(c,d,a,b,M3,16,0xd4ef3085) d=HH(b,c,d,a,M6,23,0x04881d05) a=HH(a,b,c,d,M9,4,0xd9d4d039) b=HH(d,a,b,c,M12,11,0xe6db99e5) c=HH(c,d,a,b,M15,16,0x1fa27cf8) d=HH(b,c,d,a,M2,23,0xc4ac5665) 第四輪 a=II(a,b,c,d,M0,6,0xf4292244) b=II(d,a,b,c,M7,10,0x432aff97) c=II(c,d,a,b,M14,15,0xab9423a7) d=II(b,c,d,a,M5,21,0xfc93a039) a=II(a,b,c,d,M12,6,0x655b59c3) b=II(d,a,b,c,M3,10,0x8f0ccc92) c=II(c,d,a,b,M10,15,0xffeff47d) d=II(b,c,d,a,M1,21,0x85845dd1) a=II(a,b,c,d,M8,6,0x6fa87e4f) b=II(d,a,b,c,M15,10,0xfe2ce6e0) c=II(c,d,a,b,M6,15,0xa3014314) d=II(b,c,d,a,M13,21,0x4e0811a1) a=II(a,b,c,d,M4,6,0xf7537e82) b=II(d,a,b,c,M11,10,0xbd3af235) c=II(c,d,a,b,M2,15,0x2ad7d2bb) d=II(b,c,d,a,M9,21,0xeb86d391)
MD5為什么不可逆
MD5不可逆的原因，從原理上來看，
- 第一是他使用了散列函數(shù)，即上面的FGHI函數(shù)。
- 第二是他在里面用了大量的移位操作，即<<<，這些是不可逆的
比如有10110011，我們左移三位，變成了10011000，高三位的101被頂了，低三位用0代替了，那此時(shí)就絕對(duì)不可能用10011000再逆向得到10110011了。
java實(shí)現(xiàn)和使用
public class MD5Util {
public static void main(String[] args) throws IOException {
System.out.println(encodeString("123"));
}
public static String encodeString(String plainText) throws UnsupportedEncodingException {
return encodeBytes(plainText.getBytes("UTF-8"));
}
public static String encodeBytes(byte[] bytes) {
try {
MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
md.update(bytes);
byte b[] = md.digest();
int i;
StringBuffer buf = new StringBuffer("");
for (int offset = 0; offset < b.length; offset++) {
i = b[offset];
if (i < 0) {
i += 256;
}
if (i < 16) {
buf.append("0");
}
buf.append(Integer.toHexString(i));
}
return buf.toString();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return "";
}
}以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。
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