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MD5算法之C#程序 MD5算法描述 www. 发布者: seo 时间: 2005-09-22 MD5算法描述 作者：rufi 2004.06.22 当我要写一个MD5算法的程序时，发现中英文的语言描述都有一些不确切的地方，某些个细节 讲得不清楚，或者说很费解。最后不得不拿出C语言的源程序来调试，这对于理解算法是很不利的。于是就总结了一下我摸索到的一些要点。 1.来历 MD5的全称是message-digest algorithm 5(信息-摘要算法，在90年代初由mit laboratory for computer science和rsa data ecurity inc的ronald l. rivest开发出来，经md2、md3和md4发展而来。http://www./rfc/rfc1321.txt，是一份最权威的文档， 由ronald l. rivest在1992年8月向ieft提交。 2.用途 MD5的作用是对一段信息(message)生成信息摘要(message-digest)，该摘要对该信息具有唯一性,可以作为数字签名。用于验证文件的有效性(是否有丢失或损坏的数据),对用户 密码的加密，在哈希函数中计算散列值。 3.特点 输入一个任意长度的字节串，生成一个128位的整数。由于算法的某些不可逆特征，在加密应用 上有较好的安全性。并且，MD5算法的使用不需要支付任何版权费用。 4.说明 唯一性和不可逆性都不是绝对的，从理论上分析是一种多对一的关系，但两个不同的信息产生 相同摘要的概率很小。不可逆是指从输出反推输入所需的运算量和计算时间太大，使用穷搜字 典的方法又需要太多的存储空间。 5.算法描述 算法输入是一个字节串，每个字节是8个bit. 算法的执行分为以下几个步骤： 第一步，补位： MD5算法先对输入的数据进行补位，使得数据的长度(以byte为单位)对64求余的结果是56。 即数据扩展至LEN=K*64+56个字节，K为整数。 补位方法：补一个1，然后补0至满足上述要求。相当于补一个0x80的字节，再补值 为0的字节。这一步里总共补充的字节数为0～63个。 第二步，附加数据长度： 用一个64位的整数表示数据的原始长度(以bit为单位)，将这个数字的8个字节按低位的在前， 高位在后的顺序附加在补位后的数据后面。这时，数据被填补后的总长度为： LEN = K*64+56+8=(K+1)*64 Bytes。 ※注意那个64位整数是输入数据的原始长度而不是填充字节后的长度,我就在这里栽了跟头. 第三步，初始化MD5参数： 有四个32位整数变量 (A,B,C,D) 用来计算信息摘要，每一个变量被初始化成以下 以十六进制数表示的数值，低位的字节在前面。 word A: 01 23 45 67 word B: 89 ab cd ef word C: fe dc ba 98 word D: 76 54 32 10 ※注意低位的字节在前面指的是Little Endian平台上内存中字节的排列方式， 而在程序中书写时，要写成： A=0x67452301 B=0xefcdab89 C=0x98badcfe D=0x10325476 第四步，定义四个MD5基本的按位操作函数： X，Y，Z为32位整数。 F(X,Y,Z) = (X and Y) or (not(X) and Z) G(X,Y,Z) = (X and Z) or (Y and not(Z)) H(X,Y,Z) = X xor Y xor Z I(X,Y,Z) = Y xor (X or not(Z)) 再定义四个分别用于四轮变换的函数。 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) 第五步，对输入数据作变换。 处理数据，N是总的字节数，以64个字节为一组，每组作一次循环，每次循环进行四轮操作。 要变换的64个字节用16个32位的整数数组M[0 ...15]表示。而数组T[1 ... 64]表示一组常数， T[i]为4294967296*abs(sin(i))的32位整数部分，i的单位是弧度,i的取值从1到64。 具体过程如下： /* 设置主循环变量 */ For i = 0 to N/16-1 do /*每循环一次，把数据原文存放在16个元素的数组X中. */ For j = 0 to 15 do Set X[j] to M[i*16+j]. end /结束对J的循环 /* Save A as AA, B as BB, C as CC, and D as DD. */ AA = A BB = B CC = C DD = D /* 第1轮*/ /* 以 [abcd k s i]表示如下操作 a = b + ((a + F(b,c,d) + X[k] + T[i]) 〈〈〈 s). */ /* Do the following 16 operations. */ [ABCD 0 7 1] [DABC 1 12 2] [CDAB 2 17 3] [BCDA 3 22 4] [ABCD 4 7 5] [DABC 5 12 6] [CDAB 6 17 7] [BCDA 7 22 8] [ABCD 8 7 9] [DABC 9 12 10] [CDAB 10 17 11] [BCDA 11 22 12] [ABCD 12 7 13] [DABC 13 12 14] [CDAB 14 17 15] [BCDA 15 22 16] /* 第2轮* */ /* 以 [abcd k s i]表示如下操作 a = b + ((a + G(b,c,d) + X[k] + T[i]) 〈〈〈 s). */ /* Do the following 16 operations. */ [ABCD 1 5 17] [DABC 6 9 18] [CDAB 11 14 19] [BCDA 0 20 20] [ABCD 5 5 21] [DABC 10 9 22] [CDAB 15 14 23] [BCDA 4 20 24] [ABCD 9 5 25] [DABC 14 9 26] [CDAB 3 14 27] [BCDA 8 20 28] [ABCD 13 5 29] [DABC 2 9 30] [CDAB 7 14 31] [BCDA 12 20 32] /* 第3轮*/ /* 以 [abcd k s i]表示如下操作 a = b + ((a + H(b,c,d) + X[k] + T[i]) 〈〈〈 s). */ /* Do the following 16 operations. */ [ABCD 5 4 33] [DABC 8 11 34] [CDAB 11 16 35] [BCDA 14 23 36] [ABCD 1 4 37] [DABC 4 11 38] [CDAB 7 16 39] [BCDA 10 23 40] [ABCD 13 4 41] [DABC 0 11 42] [CDAB 3 16 43] [BCDA 6 23 44] [ABCD 9 4 45] [DABC 12 11 46] [CDAB 15 16 47] [BCDA 2 23 48] /* 第4轮*/ /* 以 [abcd k s i]表示如下操作 a = b + ((a + I(b,c,d) + X[k] + T[i]) 〈〈〈 s). */ /* Do the following 16 operations. */ [ABCD 0 6 49] [DABC 7 10 50] [CDAB 14 15 51] [BCDA 5 21 52] [ABCD 12 6 53] [DABC 3 10 54] [CDAB 10 15 55] [BCDA 1 21 56] [ABCD 8 6 57] [DABC 15 10 58] [CDAB 6 15 59] [BCDA 13 21 60] [ABCD 4 6 61] [DABC 11 10 62] [CDAB 2 15 63] [BCDA 9 21 64] /* 然后进行如下操作 */ A = A + AA B = B + BB C = C + CC D = D + DD Next i /* 结束对I的循环*/ 第六步，输出结果。 A，B，C，D连续存放，共16个字节，128位。按十六进制依次输出这个16个字节。 最后，用程序语言实现算法后，可以输入以下几个信息对程序作一个简单的测试， 看看程序有没有错误。 MD5 ("") = d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e MD5 ("a") = 0cc175b9c0f1b6a831c399e269772661 MD5 ("abc") = 900150983cd24fb0d6963f7d28e17f72 MD5 ("message digest") = f96b697d7cb7938d525a2f31aaf161d0 MD5 ("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz") = c3fcd3d76192e4007dfb496cca67e13b MD5 ("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789") = d174ab98d277d9f5a5611c2c9f419d9f MD5 ("123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789 01234567890") = 57edf4a22be3c955ac49da2e2107b67a MD5算法之C#程序 MD5算法比较特别，最适合用汇编语言来写，好多高级语言对之无能无力或效率极低。 比如我最开始尝试用Python和Euphoria编写，发现不太容易。相比而言，C#作为C家簇 中新兴的一门.net语言，功能比较全面。花了一晚上的工夫终于用C#最先实现了MD5。 主要是由于对算法的一些细节不太注意，结果输出总是不对，调试了好长时间。 [code] //源文件：md5.cs // MD5 Alogrithm // by rufi 2004.6.20 http://rufi./ using System;； using System.Collections;； using System.IO;； public class MD5 { //static state variables private static UInt32 A;； private static UInt32 B;； private static UInt32 C;； private static UInt32 D;； //number of bits to rotate in tranforming private const int S11 = 7;； private const int S12 = 12;； private const int S13 = 17;； private const int S14 = 22;； private const int S21 = 5;； private const int S22 = 9;； private const int S23 = 14;； private const int S24 = 20;； private const int S31 = 4;； private const int S32 = 11;； private const int S33 = 16;； private const int S34 = 23;； private const int S41 = 6;； private const int S42 = 10;； private const int S43 = 15;； private const int S44 = 21;； /* F, G, H and I are basic MD5 functions. * 四个非线性函数: * * 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)) * * (&与，|或，~非，^异或) */ private static UInt32 F(UInt32 x,UInt32 y,UInt32 z){ return (x&y)|((~x)&z);； } private static UInt32 G(UInt32 x,UInt32 y,UInt32 z){ return (x&z)|(y&(~z));； } private static UInt32 H(UInt32 x,UInt32 y,UInt32 z){ return x^y^z;； } private static UInt32 I(UInt32 x,UInt32 y,UInt32 z){ return y^(x|(~z));； } /* FF, GG, HH, and II transformations for rounds 1, 2, 3, and 4. * Rotation is separate from addition to prevent recomputation. */ private static void FF(ref UInt32 a,UInt32 b,UInt32 c,UInt32 d,UInt32 mj,int s,UInt32 ti){ a = a + F(b,c,d) + mj + ti;； a = a 〈〈 s | a 〉〉 (32-s);； a += b;； } private static void GG(ref UInt32 a,UInt32 b,UInt32 c,UInt32 d,UInt32 mj,int s,UInt32 ti){ a = a + G(b,c,d) + mj + ti;； a = a 〈〈 s | a 〉〉 (32-s);； a += b;； } private static void HH(ref UInt32 a,UInt32 b,UInt32 c,UInt32 d,UInt32 mj,int s,UInt32 ti){ a = a + H(b,c,d) + mj + ti;； a = a 〈〈 s | a 〉〉 (32-s);； a += b;； } private static void II(ref UInt32 a,UInt32 b,UInt32 c,UInt32 d,UInt32 mj,int s,UInt32 ti){ a = a + I(b,c,d) + mj + ti;； a = a 〈〈 s | a 〉〉 (32-s);； a += b;； } private static void MD5_Init(){ A=0x67452301;； //in memory, this is 0x01234567 B=0xefcdab89;； //in memory, this is 0x89abcdef C=0x98badcfe;； //in memory, this is 0xfedcba98 D=0x10325476;； //in memory, this is 0x76543210 } private static UInt32[] MD5_Append(byte[] input){ int zeros=0;； int ones =1;； int size=0;； int n = input.Length;； int m = n%64;； if( m 〈 56 ){ zeros = 55-m;； size=n-m+64;； } else if (m==56){ zeros = 0;； ones = 0;； size=n+8;； } else{ zeros = 63-m+56;； size=n+64-m+64;； } ArrayList bs = new ArrayList(input);； if(ones==1){ bs.Add( (byte)0x80 );； // 0x80 = $10000000 } for(int i=0;；i〈zeros;；i++){ bs.Add( (byte)0 );； } UInt64 N = (UInt64) n * 8;； byte h1=(byte)(N&0xFF);； byte h2=(byte)((N〉〉8)&0xFF);； byte h3=(byte)((N〉〉16)&0xFF);； byte h4=(byte)((N〉〉24)&0xFF);； byte h5=(byte)((N〉〉32)&0xFF);； byte h6=(byte)((N〉〉40)&0xFF);； byte h7=(byte)((N〉〉48)&0xFF);； byte h8=(byte)(N〉〉56);； bs.Add(h1);； bs.Add(h2);； bs.Add(h3);； bs.Add(h4);； bs.Add(h5);； bs.Add(h6);； bs.Add(h7);； bs.Add(h8);； byte[] ts=(byte[])bs.ToArray(typeof(byte));； /* Decodes input (byte[]) into output (UInt32[]). Assumes len is * a multiple of 4. */ UInt32[] output = new UInt32[size/4];； for(Int64 i=0,j=0;；i〈size;；j++,i+=4){ output[j]=(UInt32)(ts[i] | ts[i+1]〈〈8 | ts[i+2]〈〈16 | ts[i+3]〈〈24);； } return output;； } private static UInt32[] MD5_Trasform(UInt32[] x){ UInt32 a,b,c,d;； for(int k=0;；k〈x.Length;；k+=16){ a=A;； b=B;； c=C;； d=D;； /* Round 1 */ FF (ref a, b, c, d, x[k+ 0], S11, 0xd76aa478);； /* 1 */ FF (ref d, a, b, c, x[k+ 1], S12, 0xe8c7b756);； /* 2 */ FF (ref c, d, a, b, x[k+ 2], S13, 0x242070db);； /* 3 */ FF (ref b, c, d, a, x[k+ 3], S14, 0xc1bdceee);； /* 4 */ FF (ref a, b, c, d, x[k+ 4], S11, 0xf57c0faf);； /* 5 */ FF (ref d, a, b, c, x[k+ 5], S12, 0x4787c62a);； /* 6 */ FF (ref c, d, a, b, x[k+ 6], S13, 0xa8304613);； /* 7 */ FF (ref b, c, d, a, x[k+ 7], S14, 0xfd469501);； /* 8 */ FF (ref a, b, c, d, x[k+ 8], S11, 0x698098d8);； /* 9 */ FF (ref d, a, b, c, x[k+ 9], S12, 0x8b44f7af);； /* 10 */ FF (ref c, d, a, b, x[k+10], S13, 0xffff5bb1);； /* 11 */ FF (ref b, c, d, a, x[k+11], S14, 0x895cd7be);； /* 12 */ FF (ref a, b, c, d, x[k+12], S11, 0x6b901122);； /* 13 */ FF (ref d, a, b, c, x[k+13], S12, 0xfd987193);； /* 14 */ FF (ref c, d, a, b, x[k+14], S13, 0xa679438e);； /* 15 */ FF (ref b, c, d, a, x[k+15], S14, 0x49b40821);； /* 16 */ /* Round 2 */ GG (ref a, b, c, d, x[k+ 1], S21, 0xf61e2562);； /* 17 */ GG (ref d, a, b, c, x[k+ 6], S22, 0xc040b340);； /* 18 */ GG (ref c, d, a, b, x[k+11], S23, 0x265e5a51);； /* 19 */ GG (ref b, c, d, a, x[k+ 0], S24, 0xe9b6c7aa);； /* 20 */ GG (ref a, b, c, d, x[k+ 5], S21, 0xd62f105d);； /* 21 */ GG (ref d, a, b, c, x[k+10], S22, 0x2441453);； /* 22 */ GG (ref c, d, a, b, x[k+15], S23, 0xd8a1e681);； /* 23 */ GG (ref b, c, d, a, x[k+ 4], S24, 0xe7d3fbc8);； /* 24 */ GG (ref a, b, c, d, x[k+ 9], S21, 0x21e1cde6);； /* 25 */ GG (ref d, a, b, c, x[k+14], S22, 0xc33707d6);； /* 26 */ GG (ref c, d, a, b, x[k+ 3], S23, 0xf4d50d87);； /* 27 */ GG (ref b, c, d, a, x[k+ 8], S24, 0x455a14ed);； /* 28 */ GG (ref a, b, c, d, x[k+13], S21, 0xa9e3e905);； /* 29 */ GG (ref d, a, b, c, x[k+ 2], S22, 0xfcefa3f8);； /* 30 */ GG (ref c, d, a, b, x[k+ 7], S23, 0x676f02d9);； /* 31 */ GG (ref b, c, d, a, x[k+12], S24, 0x8d2a4c8a);； /* 32 */ /* Round 3 */ HH (ref a, b, c, d, x[k+ 5], S31, 0xfffa3942);； /* 33 */ HH (ref d, a, b, c, x[k+ 8], S32, 0x8771f681);； /* 34 */ HH (ref c, d, a, b, x[k+11], S33, 0x6d9d6122);； /* 35 */ HH (ref b, c, d, a, x[k+14], S34, 0xfde5380c);； /* 36 */ HH (ref a, b, c, d, x[k+ 1], S31, 0xa4beea44);； /* 37 */ HH (ref d, a, b, c, x[k+ 4], S32, 0x4bdecfa9);； /* 38 */ HH (ref c, d, a, b, x[k+ 7], S33, 0xf6bb4b60);； /* 39 */ HH (ref b, c, d, a, x[k+10], S34, 0xbebfbc70);； /* 40 */ HH (ref a, b, c, d, x[k+13], S31, 0x289b7ec6);； /* 41 */ HH (ref d, a, b, c, x[k+ 0], S32, 0xeaa127fa);； /* 42 */ HH (ref c, d, a, b, x[k+ 3], S33, 0xd4ef3085);； /* 43 */ HH (ref b, c, d, a, x[k+ 6], S34, 0x4881d05);； /* 44 */ HH (ref a, b, c, d, x[k+ 9], S31, 0xd9d4d039);； /* 45 */ HH (ref d, a, b, c, x[k+12], S32, 0xe6db99e5);； /* 46 */ HH (ref c, d, a, b, x[k+15], S33, 0x1fa27cf8);； /* 47 */ HH (ref b, c, d, a, x[k+ 2], S34, 0xc4ac5665);； /* 48 */ /* Round 4 */ II (ref a, b, c, d, x[k+ 0], S41, 0xf4292244);； /* 49 */ II (ref d, a, b, c, x[k+ 7], S42, 0x432aff97);； /* 50 */ II (ref c, d, a, b, x[k+14], S43, 0xab9423a7);； /* 51 */ II (ref b, c, d, a, x[k+ 5], S44, 0xfc93a039);； /* 52 */ II (ref a, b, c, d, x[k+12], S41, 0x655b59c3);； /* 53 */ II (ref d, a, b, c, x[k+ 3], S42, 0x8f0ccc92);； /* 54 */ II (ref c, d, a, b, x[k+10], S43, 0xffeff47d);； /* 55 */ II (ref b, c, d, a, x[k+ 1], S44, 0x85845dd1);； /* 56 */ II (ref a, b, c, d, x[k+ 8], S41, 0x6fa87e4f);； /* 57 */ II (ref d, a, b, c, x[k+15], S42, 0xfe2ce6e0);； /* 58 */ II (ref c, d, a, b, x[k+ 6], S43, 0xa3014314);； /* 59 */ II (ref b, c, d, a, x[k+13], S44, 0x4e0811a1);； /* 60 */ II (ref a, b, c, d, x[k+ 4], S41, 0xf7537e82);； /* 61 */ II (ref d, a, b, c, x[k+11], S42, 0xbd3af235);； /* 62 */ II (ref c, d, a, b, x[k+ 2], S43, 0x2ad7d2bb);； /* 63 */ II (ref b, c, d, a, x[k+ 9], S44, 0xeb86d391);； /* 64 */ A+=a;； B+=b;； C+=c;； D+=d;； } return new UInt32[]{A,B,C,D};； } public static byte[] MD5Array(byte[] input){ MD5_Init();； UInt32[] block = MD5_Append(input);； UInt32[] bits = MD5_Trasform(block);； /* Encodes bits (UInt32[]) into output (byte[]). Assumes len is * a multiple of 4. */ byte[] output=new byte[bits.Length*4];； for(int i=0,j=0;；i〈bits.Length;；i++,j+=4){ output[j] = (byte)(bits[i] & 0xff);； output[j+1] = (byte)((bits[i] 〉〉 8) & 0xff);； output[j+2] = (byte)((bits[i] 〉〉 16) & 0xff);； output[j+3] = (byte)((bits[i] 〉〉 24) & 0xff);； } return output;； } public static string ArrayToHexString(byte[] array,bool uppercase){ string hexString="";； string format="x2";； if(uppercase){ format="X2";； } foreach(byte b in array){ hexString += b.ToString(format);； } return hexString;； } public static string MDString(string message){ char[] c = message.ToCharArray();； byte[] b = new byte[c.Length];； for(int i=0;；i〈c.Length;；i++){ b[i]=(byte)c[i];； } byte[] digest = MD5Array(b);； return ArrayToHexString(digest,false);； } public static string MDFile(string fileName){ FileStream fs=File.Open(fileName,FileMode.Open,FileAccess.Read);； byte[] array=new byte[fs.Length];； fs.Read(array,0,(int)fs.Length);； byte[] digest = MD5Array(array);； fs.Close();； return ArrayToHexString(digest,false);； } public static string Test(string message){ return "rnMD5 (""+message+"") = " + MD5.MDString(message);； } public static string TestSuite(){ string s = "";； s+=Test("");； s+=Test("a");； s+=Test("abc");； s+=Test("message digest");； s+=Test("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz");； s+=Test("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789");； s+=Test("12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890");； return s;； } } |
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