【算法】MD5加密

1.什么是MD5

MD5即Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法5），用于确保信息传输完整一致。是计算机广泛使用的杂凑算法之一（又译摘要算法、哈希算法），主流编程语言普遍已有MD5实现。将数据（如汉字）运算为另一固定长度值，是杂凑算法的基础原理，MD5的前身有MD2、MD3和MD4。——百度百科

MD5其实不算是加密算法，而是一种信息的摘要。它的特性是不可逆的，所以除了暴力破解 一般逆序算法是得不到结果的。例如：使用如下算法进行加密，对一个字符串利用它的长度和每一位的ASCII相加得出值，比如“bc”那么就是2+98+99=199，如果利用这个算法进行逆推的得出的答案就不唯一，比如"ac"，“Ho”,"AAB"等等。

2.MD5加盐

如果直接对密码进行散列，那么黑客可以对通过获得这个密码散列值，然后通过查散列值字典（例如MD5密码破解网站），得到某用户的密码。

加Salt可以一定程度上解决这一问题。所谓加Salt方法，就是加点“佐料”。其基本想法是这样的：当用户首次提供密码时（通常是注册时），由系统自动往这个密码里撒一些“佐料”，然后再散列。而当用户登录时，系统为用户提供的代码撒上同样的“佐料”，然后散列，再比较散列值，已确定密码是否正确。

3.MD5的加密步骤

接下来大致罗列一下MD5加密的计算步骤,可以参考这个视频，MD5算法视频

1、数据填充

对消息进行数据填充，使消息的长度对512取模得448，设消息长度为X，即满足X mod 512=448。根据此公式得出需要填充的数据长度。
填充方法：在消息后面进行填充，填充第一位为1，其余为0。

2、添加消息长度

在第一步结果之后再填充上原消息的长度，可用来进行存储的长度为64位。
在此步骤进行完毕后，最终消息长度就是512的整数倍。

3、数据处理

准备需要用到的数据：
    4个常数： A = 0x67452301, B = 0x0EFCDAB89, C = 0x98BADCFE, D = 0x10325476;
    4个函数：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));
把消息分以512位为一分组进行处理，每一个分组进行4轮变换，以上面所说4个常数为起始变量进行计算，重新输出4个变量，以这4个变量再进行下一分组的运算，如果已经是最后一个分组，则这4个变量为最后的结果，即MD5值。
下面给出C++的实现：

#ifndef MD5H
#define MD5H
#include <math.h>
#include <Windows.h>

void ROL(unsigned int &s, unsigned short cx); //32位数循环左移实现函数
void ltob(unsigned int &i); //B\L互转，接受UINT类型
unsigned int* MD5(const char* mStr); //接口函数，并执行数据填充，计算MD5时调用此函数

#endif

MD5.cpp

/*4组计算函数*/
inline unsigned int F(unsigned int X, unsigned int Y, unsigned int Z)
{
    return (X & Y) | ((~X) & Z);
}
inline unsigned int G(unsigned int X, unsigned int Y, unsigned int Z)
{
    return (X & Z) | (Y & (~Z));
}
inline unsigned int H(unsigned int X, unsigned int Y, unsigned int Z)
{
    return X ^ Y ^ Z;
}
inline unsigned int I(unsigned int X, unsigned int Y, unsigned int Z)
{
    return Y ^ (X | (~Z));
}
/*4组计算函数结束*/

/*32位数循环左移实现函数*/
void ROL(unsigned int &s, unsigned short cx)
{
    if (cx > 32)cx %= 32;
    s = (s << cx) | (s >> (32 - cx));
    return;
}

/*B\L互转，接收UINT类型*/
void ltob(unsigned int &i)
{
   unsigned int tmp = i;//保存副本
    byte *psour = (byte*)&tmp, *pdes = (byte*)&i;
    pdes += 3;//调整指针，准备左右调转
     for (short i = 3; i >= 0; --i)
   {
        CopyMemory(pdes - i, psour + i, 1);
    }
    return;
}
 
/*
MD5循环计算函数，label=第几轮循环（1<=label<=4），lGroup数组=4个种子副本，M=数据（16组32位数指针）
种子数组排列方式: --A--D--C--B--，即 lGroup[0]=A; lGroup[1]=D; lGroup[2]=C; lGroup[3]=B;
*/
void AccLoop(unsigned short label, unsigned int *lGroup, void *M)
{
   unsigned int *i1, *i2, *i3, *i4, TAcc, tmpi = 0; //定义:4个指针； T表累加器； 局部变量
    typedef unsigned int(*clac)(unsigned int X, unsigned int Y, unsigned int Z); //定义函数类型
    const unsigned int rolarray[4][4] = {
        { 7, 12, 17, 22 },
        { 5, 9, 14, 20 },
        { 4, 11, 16, 23 },
        { 6, 10, 15, 21 }
    };//循环左移-位数表
   const unsigned short mN[4][16] = {
        { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 },
       { 1, 6, 11, 0, 5, 10, 15, 4, 9, 14, 3, 8, 13, 2, 7, 12 },
        { 5, 8, 11, 14, 1, 4, 7, 10, 13, 0, 3, 6, 9, 12, 15, 2 },
       { 0, 7, 14, 5, 12, 3, 10, 1, 8, 15, 6, 13, 4, 11, 2, 9 }
    };//数据坐标表
    const unsigned int *pM = static_cast<unsigned int*>(M);//转换类型为32位的Uint
    TAcc = ((label - 1) * 16) + 1; //根据第几轮循环初始化T表累加器
   clac clacArr[4] = { F, G, H, I }; //定义并初始化计算函数指针数组

     /*一轮循环开始（16组->16次）*/
    for (short i = 0; i < 16; ++i)
  {
        /*进行指针自变换*/
        i1 = lGroup + ((0 + i) % 4);
        i2 = lGroup + ((3 + i) % 4);
       i3 = lGroup + ((2 + i) % 4);
        i4 = lGroup + ((1 + i) % 4);

       /*第一步计算开始: A+F(B,C,D)+M[i]+T[i+1] 注:第一步中直接计算T表*/
        tmpi = (*i1 + clacArr[label - 1](*i2, *i3, *i4) + pM[(mN[label - 1][i])] + (unsigned int)(0x100000000UL * abs(sin((double)(TAcc + i)))));
       ROL(tmpi, rolarray[label - 1][i % 4]);//第二步:循环左移
        *i1 = *i2 + tmpi;//第三步:相加并赋值到种子
    }
    return;
}

/*接口函数，并执行数据填充*/
 unsigned int* MD5(const char* mStr)
{
   unsigned int mLen = strlen(mStr); //计算字符串长度
   if (mLen < 0) return 0;
      unsigned int FillSize = 448 - ((mLen * 8) % 512); //计算需填充的bit数
      unsigned int FSbyte = FillSize / 8; //以字节表示的填充数
      unsigned int BuffLen = mLen + 8 + FSbyte; //缓冲区长度或者说填充后的长度
      unsigned char *md5Buff = new unsigned char[BuffLen]; //分配缓冲区
      CopyMemory(md5Buff, mStr, mLen); //复制字符串到缓冲区
  
      /*数据填充开始*/
      md5Buff[mLen] = 0x80; //第一个bit填充1
      ZeroMemory(&md5Buff[mLen + 1], FSbyte - 1); //其它bit填充0，另一可用函数为FillMemory
      unsigned long long lenBit = mLen * 8ULL; //计算字符串长度，准备填充
      CopyMemory(&md5Buff[mLen + FSbyte], &lenBit, 8); //填充长度
     /*数据填充结束*/
 
     /*运算开始*/
     unsigned int LoopNumber = BuffLen / 64; //以64个字为一分组，计算分组数量
     unsigned int A = 0x67452301, B = 0x0EFCDAB89, C = 0x98BADCFE, D = 0x10325476;//初始4个种子，小端类型
     unsigned int *lGroup = new unsigned int[4]{ A, D, C, B}; //种子副本数组,并作为返回值返回
     for (unsigned int Bcount = 0; Bcount < LoopNumber; ++Bcount) //分组大循环开始
     {
         /*进入4次计算的小循环*/
         for (unsigned short Lcount = 0; Lcount < 4;)
         {
             AccLoop(++Lcount, lGroup, &md5Buff[Bcount * 64]);
         }
         /*数据相加作为下一轮的种子或者最终输出*/
         A = (lGroup[0] += A);
         B = (lGroup[3] += B);
         C = (lGroup[2] += C);
         D = (lGroup[1] += D);
     }
     /*转换内存中的布局后才能正常显示*/
     ltob(lGroup[0]);
     ltob(lGroup[1]);
     ltob(lGroup[2]);
     ltob(lGroup[3]);
     delete[] md5Buff; //清除内存并返回
     return lGroup;
 }

main.cpp

 #include <iostream>
 #include <string.h>
 #include <stdlib.h>
 #include "MD5.h"
 
 int main(int argc, char **argv)
 {
     char tmpstr[256], buf[4][10];
     std::cout << "请输入要加密的字符串：";
     std::cin >> tmpstr;
     unsigned int* tmpGroup = MD5(tmpstr);
     sprintf_s(buf[0], "%8X", tmpGroup[0]);
     sprintf_s(buf[1], "%8X", tmpGroup[3]);
     sprintf_s(buf[2], "%8X", tmpGroup[2]);
     sprintf_s(buf[3], "%8X", tmpGroup[1]);
     std::cout <<"MD5:"<< buf[0] << buf[1] << buf[2] << buf[3] << std::endl;
     
     delete[] tmpGroup;
     return 0; //在此下断点才能看到输出的值
 }