什么是MD5算法？【漫画】

缘 · 2017-10-2 07:30

　　MD5，全名Message Digest Algorithm 5 ，中文名为消息摘要算法第五版，为计算机安全领域广泛使用的一种散列函数，用以提供消息的完整性保护。

　　摘要哈希生成的正确姿势是什么样呢？分三步：

　　1.收集相关业务参数，在这里是金额和目标账户。当然，实际应用中的参数肯定比这多得多，这里只是做了简化。

　　2.按照规则，把参数名和参数值拼接成一个字符串，同时把给定的密钥也拼接起来。之所以需要密钥，是因为攻击者也可能获知拼接规则。

　　3.利用MD5算法，从原文生成哈希值。MD5生成的哈希值是128位的二进制数，也就是32位的十六进制数。

　　第三方支付平台如何验证请求的签名？同样分三步：

　　1.发送方和请求方约定相同的字符串拼接规则，约定相同的密钥。

　　2.第三方平台接到支付请求，按规则拼接业务参数和密钥，利用MD5算法生成Sign。

　　3.用第三方平台自己生成的Sign和请求发送过来的Sign做对比，如果两个Sign值一模一样，则签名无误，如果两个Sign值不同，则信息做了篡改。这个过程叫做验签。

　　MD5算法底层原理：

　　简单概括起来，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。

　　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。

　　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<<<S
　　左移S位，S的值也是常量。

　　“流水线”的最后，让计算的结果和B相加，取代原先的B。新ABCD的产生可以归纳为：

新A = 原d
新B = b+((a+F(b,c,d)+Mj+Ki)<<<s)
新C = 原b
新D = 原c

　　总结一下主循环中的64次子循环，可以归纳为下面的四部分：

   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。

本文来自微信公众号：程序员小灰（有重新排版）

作者:玻璃猫

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