md5算法原理及其实现C语言（MD5算法： 安全性保障与实现方式）
jk
2023-05-06 10:57:51
759
摘要：MD5算法： 安全性保障与实现方式
MD5是一种广泛应用的哈希算法。它可以将任意长度的消息均摊成一个128位的哈希值，相当于将不同长度的消息输入，得到的哈希值位数相同，输出位数固
MD5算法： 安全性保障与实现方式
MD5是一种广泛应用的哈希算法。它可以将任意长度的消息均摊成一个128位的哈希值，相当于将不同长度的消息输入，得到的哈希值位数相同，输出位数固定，以此来保障数据的安全性。MD5的实现方式主要是利用位运算和移位运算，下面详细介绍。
原理
MD5是一种消息摘要算法，它的核心思想是用一个固定长度的数字指纹来表示任意长度的消息，这个指纹通常称为哈希值。在MD5算法中，将消息输入到消息摘要函数中，经过处理得到一个128位的哈希值。MD5算法的哈希值主要具有以下特点：
（1）唯一性：MD5算法根据不同的数据源头生成哈希值，这些哈希值互不相同。如果两个不同的消息产生相同的哈希值，这种情况很罕见，但并非不可能。
（2）不可逆性：根据哈希值找到原始消息的难度比较大。因此，如果需要存储敏感数据，可以使用MD5算法的哈希值来代替原始数据。
（3）不影响数据的长度和格式：无论数据输入的长度和格式如何，MD5算法都能保证输出哈希值的长度固定，在于数据的长度和格式无关。
MD5算法的实现方式
MD5算法底层实现方式主要依赖于位运算和移位运算。这种算法中主要使用以下的元素:
（1）位运算：利用异或、按位与等运算实现二进制数据暴力处理。
（2）压缩函数：将512位分组分成若干个64位的分组，然后通过一系列的处理产生4个32位的字，并将它们返回。
（3）轮函数：轮函数是MD5算法中处理512位分组的核心部分。轮函数中使用的大量位运算和移位运算，能够处理分组中的任何数据，生成散列值。MD5算法中轮函数实现的方法如下：
```
signed int FF (signed int a, signed int b, signed int c, signed int d, signed int x, signed int s, signed int ac) {
a = a + ((b & c) | ((~b) & d)) + x + ac;
a = (a << s | a >> (32 - s));
a = a + b;
return a;
}
signed int GG (signed int a, signed int b, signed int c, signed int d, signed int x, signed int s, signed int ac) {
a = a + ((b & d) | (c & (~d))) + x + ac;
a = (a << s | a >> (32 - s));
a = a + b;
return a;
}
signed int HH (signed int a, signed int b, signed int c, signed int d, signed int x, signed int s, signed int ac) {
a = a + (b ^ c ^ d) + x + ac;
a = (a << s | a >> (32-s));
a = a + b;
return a;
}
signed int II (signed int a, signed int b, signed int c, signed int d, signed int x, signed int s, signed int ac) {
a = a + (c ^ (b | (~d))) + x + ac;
a = (a << s | a >> (32-s));
a = a + b;
return a;
}
```
代码实现
以下为使用C语言实现MD5算法的代码：
```
#include
#include
#include
#include
#define S(x,n) ((x << n) | ((x & 0xFFFFFFFF) >> (32 - n)))
unsigned char *MD5(unsigned char *initial_msg, size_t initial_len) {
//初始化连接数据字将int类型的一个数存放到char数组中时低字节在低地址部分，高字节成员从低地址到高地址排列
unsigned int h0, h1, h2, h3;
unsigned char *msg = NULL;
unsigned int new_len, offset;
unsigned int l, k;
unsigned int a, b, c, d, f, g, temp;
unsigned int *w;
unsigned char *hash;
//初始化Hash值
h0 = 0x67452301;
h1 = 0xEFCDAB89;
h2 = 0x98BADCFE;
h3 = 0x10325476;
//初始化输入消息
for (new_len = initial_len * 8 + 1; new_len % 512 != 448; new_len++);
new_len /= 8;
msg = (unsigned char*)calloc(new_len + 64, 1);
memcpy(msg, initial_msg, initial_len);
msg[initial_len] = 128;
l = new_len * 8;
memcpy(msg + new_len, &l, 4);
//MD5 Block处理
for (offset = 0; offset < new_len; offset += (512/8)) {
//init变量
a = h0;
b = h1;
c = h2;
d = h3;
//input分块
w = (unsigned int *)(msg + offset);
//4轮循环处理
for (l = 0; l < 64; l++) {
if (l < 16)
f = (b & c) | ((~b) & d);
else if (l < 32)
f = (d & b) | ((~d) & c);
else if (l < 48)
f = b ^ c ^ d;
else
f = c ^ (b | (~d));
g = l;
temp = d;
d = c;
c = b;
b = b + S((a + f + k[l] + w[g]), r[l]);
a = temp;
}
//更新Hash值
h0 += a;
h1 += b;
h2 += c;
h3 += d;
}
free(msg);
//所有分块计算完毕后，输出MD5值
hash = (unsigned char*)calloc(33, 1); //每个十六进制数占4位，32个十六进制数便需要128位（4*32=128）
sprintf((char*)hash, \"%08x%08x%08x%08x\", h0, h1, h2, h3);
return hash;
}
//将字符转化成十六进制，比如a=97的ASCII码，转成16进制即为61
int charToHex(unsigned char x) {
return x > 57 ? (x & 0xDF) - 55 : x - 48;
}
//将字符串md5hash转换为char类型的16进制数，并存储在p中
int md5_to_hex(char *md5hash, unsigned char *pp, unsigned int len) {
unsigned int i;
for(i = 0; i < len * 2; i += 2) {
pp[i / 2] = (charToHex(md5hash[i])<<4) | charToHex(md5hash[i+1]);
}
return i/2;
}
//测试程序，在主函数中实现文件md5的计算
int main() {
FILE *f;
char buf[512];
size_t len;
unsigned char *pt, hash[16];
memset(hash, 0, sizeof(hash));
f = fopen(\"test.txt\", \"rb\");
if (!f) {
printf(\"无法打开文件\
\");
return -1;
}
md5_init();
while ((len = fread(buf, 1, 512, f))) {
md5_update(buf, len);
}
fclose(f);
md5_final(hash);
pt = (unsigned char *)md5hash;
md5_to_hex(hash, pt, 16);
pt[32] = 0;
printf(\"%s\
\", pt);
return 0;
}
```
以上就是MD5算法原理及其实现C语言的例子，通过C语言实现MD5算法，可以让大家更具备对MD5算法的理解，并在更广泛的场景中应用。
版权声明：本站部分常识内容收集于其他平台，若您有更好的常识内容想分享可以联系我们哦！
