MD5哈希算法

字数 1911 2025-10-28 00:29:09

MD5哈希算法

题目描述：MD5是一种广泛使用的密码哈希函数，可以产生一个128位（16字节）的哈希值，通常用一个32位的十六进制数字字符串表示。MD5被广泛应用于验证数据完整性。然而，由于MD5被证明存在严重的密码学弱点，它不再被认为可以抵御碰撞攻击，因此不适用于需要高安全性的场景，如SSL证书或数字签名。本题要求你理解MD5算法的计算过程。

解题过程：

MD5算法的核心是对输入消息进行填充、分块，然后通过一个包含四轮循环的主循环来处理每个512位的消息块，最终输出一个128位的哈希值。

预处理（填充和添加长度）
首先，我们需要将任意长度的输入消息处理成512位（64字节）整数倍的长度。
- 步骤1：填充位。 在消息末尾先添加一个“1”位，然后添加尽可能多的“0”位，直到消息的长度满足 长度 mod 512 = 448。这意味着填充后，消息的长度是512的倍数减去64位。填充是必须进行的，即使原始消息的长度已经满足条件。
- 步骤2：添加长度。 在填充完“0”位之后，再附加上一个64位的数据，该数据表示原始消息的位长度（在填充之前）。如果原始消息的长度超过2^64位，则只使用其低64位。
经过这两个步骤后，整个消息的长度恰好是512位的整数倍，可以被分割成多个512位的块。
初始化变量（哈希初始值）
MD5算法使用4个32位的寄存器（通常称为A, B, C, D）来存储中间和最终的哈希结果。在开始处理任何消息块之前，这些寄存器被初始化为以下固定的十六进制值（使用小端字节序）：
- A = 0x67452301
- B = 0xEFCDAB89
- C = 0x98BADCFE
- D = 0x10325476
处理512位消息块
这是MD5算法的核心。我们将预处理后的消息分割成连续的512位块。对于每一个块，执行以下操作：
- 步骤1：将块分解为16个32位子块。 将当前512位的块M再细分为16个32位的子块，记为M[0]到M[15]。
- 步骤2：保存当前寄存器状态。 将步骤2中初始化（或上一个块处理结果）的A, B, C, D的值分别保存到AA, BB, CC, DD中。
- 步骤3：主循环（四轮共64步操作）。 主循环包含四轮，每轮进行16次操作，共64次操作。每一轮操作都使用一个不同的非线性函数（F, G, H, I），并将当前块M的子块、一个常数表T中的值以及循环左移操作结合起来。
  - 非线性函数（每轮一个）：
    - 第一轮：F(X,Y,Z) = (X ∧ Y) ∨ (¬X ∧ Z)
    - 第二轮：G(X,Y,Z) = (X ∧ Z) ∨ (Y ∧ ¬Z)
    - 第三轮：H(X,Y,Z) = X ⊕ Y ⊕ Z
    - 第四轮：I(X,Y,Z) = Y ⊕ (X ∨ ¬Z)
  - 常数表T： T是一个包含64个32位常数的数组，通过正弦函数生成，T[i] = floor(2^32 * |sin(i)|)，i从1到64。这些常数用于消除输入数据的规律性。
  - 操作过程： 每一轮的操作形式类似，都是对A, B, C, D进行一系列迭代。每一步操作的通用形式可以表示为：
    A = B + ((A + 非线性函数(B,C,D) + M[g] + T[k]) <<< s)
    其中：
    - <<< s 表示循环左移s位。
    - g 是当前步数下选择的M子块索引，每轮16步的g选择模式不同。
    - k 是常数表T的索引。
    - s 是循环左移的位数，每步不同。
      每一步操作后，寄存器A, B, C, D的角色会进行“滚动”赋值（例如，B变成新的A，C变成新的B，D变成新的C，计算结果A变成新的D）。
- 步骤4：更新寄存器状态。 当64步操作全部完成后，将当前寄存器A, B, C, D的值分别与之前保存的AA, BB, CC, DD的值相加：
  A = A + AA
  B = B + BB
  C = C + CC
  D = D + DD
  这个结果将作为处理下一个消息块的初始寄存器值。
输出最终哈希值
当所有的512位消息块都按照步骤3处理完毕后，将最后得到的四个寄存器A, B, C, D的值（共128位）按照从低字节到高字节的顺序（即A, B, C, D的顺序）连接起来，就生成了最终的MD5哈希值。这个128位的值通常会被表示为一个32位的十六进制字符串。

总结一下，MD5算法通过填充、分块，然后对每个块进行四轮复杂的位运算（包括非线性函数、模加、循环左移），并将前一个块的结果作为下一个块的输入，最终将所有块处理完后的状态拼接成128位的哈希值。虽然其过程复杂，但每一步都是确定的，因此相同的输入总会产生相同的输出。

MD5哈希算法题目描述：MD5是一种广泛使用的密码哈希函数，可以产生一个128位（16字节）的哈希值，通常用一个32位的十六进制数字字符串表示。MD5被广泛应用于验证数据完整性。然而，由于MD5被证明存在严重的密码学弱点，它不再被认为可以抵御碰撞攻击，因此不适用于需要高安全性的场景，如SSL证书或数字签名。本题要求你理解MD5算法的计算过程。解题过程： MD5算法的核心是对输入消息进行填充、分块，然后通过一个包含四轮循环的主循环来处理每个512位的消息块，最终输出一个128位的哈希值。预处理（填充和添加长度）首先，我们需要将任意长度的输入消息处理成512位（64字节）整数倍的长度。步骤1：填充位。在消息末尾先添加一个“1”位，然后添加尽可能多的“0”位，直到消息的长度满足长度 mod 512 = 448 。这意味着填充后，消息的长度是512的倍数减去64位。填充是必须进行的，即使原始消息的长度已经满足条件。步骤2：添加长度。在填充完“0”位之后，再附加上一个64位的数据，该数据表示原始消息的位长度（在填充之前）。如果原始消息的长度超过2^64位，则只使用其低64位。经过这两个步骤后，整个消息的长度恰好是512位的整数倍，可以被分割成多个512位的块。初始化变量（哈希初始值） MD5算法使用4个32位的寄存器（通常称为A, B, C, D）来存储中间和最终的哈希结果。在开始处理任何消息块之前，这些寄存器被初始化为以下固定的十六进制值（使用小端字节序）： A = 0x67452301 B = 0xEFCDAB89 C = 0x98BADCFE D = 0x10325476 处理512位消息块这是MD5算法的核心。我们将预处理后的消息分割成连续的512位块。对于每一个块，执行以下操作：步骤1：将块分解为16个32位子块。将当前512位的块M再细分为16个32位的子块，记为M[ 0]到M[ 15 ]。步骤2：保存当前寄存器状态。将步骤2中初始化（或上一个块处理结果）的A, B, C, D的值分别保存到AA, BB, CC, DD中。步骤3：主循环（四轮共64步操作）。主循环包含四轮，每轮进行16次操作，共64次操作。每一轮操作都使用一个不同的非线性函数（F, G, H, I），并将当前块M的子块、一个常数表T中的值以及循环左移操作结合起来。非线性函数（每轮一个）：第一轮：F(X,Y,Z) = (X ∧ Y) ∨ (¬X ∧ Z) 第二轮：G(X,Y,Z) = (X ∧ Z) ∨ (Y ∧ ¬Z) 第三轮：H(X,Y,Z) = X ⊕ Y ⊕ Z 第四轮：I(X,Y,Z) = Y ⊕ (X ∨ ¬Z) 常数表T： T是一个包含64个32位常数的数组，通过正弦函数生成，T[ i] = floor(2^32 * |sin(i)|)，i从1到64。这些常数用于消除输入数据的规律性。操作过程：每一轮的操作形式类似，都是对A, B, C, D进行一系列迭代。每一步操作的通用形式可以表示为： A = B + ((A + 非线性函数(B,C,D) + M[g] + T[k]) <<< s) 其中： <<< s 表示循环左移s位。 g 是当前步数下选择的M子块索引，每轮16步的g选择模式不同。 k 是常数表T的索引。 s 是循环左移的位数，每步不同。每一步操作后，寄存器A, B, C, D的角色会进行“滚动”赋值（例如，B变成新的A，C变成新的B，D变成新的C，计算结果A变成新的D）。步骤4：更新寄存器状态。当64步操作全部完成后，将当前寄存器A, B, C, D的值分别与之前保存的AA, BB, CC, DD的值相加： A = A + AA B = B + BB C = C + CC D = D + DD 这个结果将作为处理下一个消息块的初始寄存器值。输出最终哈希值当所有的512位消息块都按照步骤3处理完毕后，将最后得到的四个寄存器A, B, C, D的值（共128位）按照从低字节到高字节的顺序（即A, B, C, D的顺序）连接起来，就生成了最终的MD5哈希值。这个128位的值通常会被表示为一个32位的十六进制字符串。总结一下，MD5算法通过填充、分块，然后对每个块进行四轮复杂的位运算（包括非线性函数、模加、循环左移），并将前一个块的结果作为下一个块的输入，最终将所有块处理完后的状态拼接成128位的哈希值。虽然其过程复杂，但每一步都是确定的，因此相同的输入总会产生相同的输出。