密码入门之md5加密
md5加密
md5加密是常见的一种加密，今天对其加密过程及原理来进行深入理解与总结
什么是MD5
MD5是一种密码散列函数，由md4，md3，md2改进而来，因其普遍，快速，稳定的特点广泛应用于普通数据的加密保护领域，MD5算法会对原始的消息进行有损的压缩计算，无论要加密的字节长度有多长，都会生成一个固定长度的消息摘要（密文），所以MD5算法具有不可逆性，但MD5算法还是无法提供绝对的安全性，无法避免碰撞攻击，所以安全性没有那么高，一般用于普通数据的加密。
原理
MD5加密的原理简要叙述为：MD5码以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。
流程图如下图所示，每次的运算都有前一轮的128位结果值和当前的512bit值进行运算。
具体过程
具体过程如下：
1.首先对输入的原文进行处理，按位对数据进行补充。
为啥要按位对数据进行补充呢？我们要让原文长度(bit)对512求余的结果等于448，如果不等的话，就要对原文进行填充，首先在数据后补一个1bit，接着在后面补上一堆0bit，直到整个数据的位数对512求模的结果正好是448，就算这个数据的位数对512求模的结果正好是448也必须进行补位，意思是至少需要补一位，最多可能补512位。
2.对处理后的数据进行扩展长度。
在完成补位工作后，将一个表示数据原始长度的64 bit数(这是对原始数据没有补位前长度的描述，用二进制来表示)补在最后。当完成补位及补充数据的描述后，得到的结果数据长度正好是512的整数倍。也就是说长度正好是16个(32bit) 字的整数倍 。
3.初始化md存储器
MD5运算要用到一个128位的MD5缓存器，用来保存中间变量和最终结果。该缓存器又可看成是4个32位的寄存器A、B、C、D(被称为链接变量)，初始化为 :
A ： 01 23 45 67
B： 89 ab cd ef
C： fe dc ba 98
D： 76 54 32 10
4.循环处理分组数据段
首先定义4个非线性函数F、G、H、I，对输入的报文运算以512位数据段为单位进行处理。对每个数据段都要进行4轮的逻辑处理，在4轮中分别使用4个不同的函数F、G、H、I。每一轮以ABCD和当前的512位的块为输入，处理后送入ABCD(128位)
处理过程中用到的参数及函数
1.F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))
(&是与,|是或,~是非,^是异或)
这些函数是这样设计的：如果X、Y和Z的对应位是独立和均匀的，那么结果的每一位也应是独立和均匀的。
函数F是按逐位方式操作：如果X，那么Y，否则Z。函数H是逐位奇偶操作符。
在主循环下面 64 次子循环中，F、G、H、I 交替使用，第一轮 16 次使用 F，第二轮 16 次使用 G，第三轮 16 次使用 H，第四轮16 次使用 I。
2.Mj
Mj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 M0~M15，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 M1~M16 之一。
3.ti
一个常量，在 64 次子循环中，每一次用到的常量都是不同的。
常数ti可以如下t选择：
在第i步中，ti是4294967296(2的32次方)*abs(sin(i))的整数部分,i的单位是弧度。
4.<<<S
左移 S 位，S 的值也是常量。
命名规则(s+方法名+第N个数)
SFF1=7; SFF2=12, SFF3=17; SFF4=22;
SGG1=5; SGG2=9, SGG3=14; SGG4=20;
SHH1=4; SHH2=11, SHH3=16; SHH4=23;
SⅡ1=6; SⅡ2=10, SⅡ3=15; SⅡ4=21;
设Mj表示消息的第j个子分组（从0到15），<<<s表示循环左移s位，则四种操作为：
FF(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+(F(b,c,d)+Mj+ti)<<<s)
GG(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+(G(b,c,d)+Mj+ti)<<<s)
HH(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+(H(b,c,d)+Mj+ti)<<<s)
II(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+(I(b,c,d)+Mj+ti)<<<s)
总结一下主循环中的 64 次子循环，可以归纳为下面的四轮：
这四轮（64步）是：
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,M10,9,0×02441453）
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）
5.将结果进行拼接
最后将A，B，C，D分别加上a，b，c，d。然后用下一分组数据继续运行算法，最后的输出是A，B，C和D的级联。
MD5在应用方面是非常广的，经常用于密码管理，电子签名等方面。