MD5

MD5訊息摘要演算法英語:),一種被廣泛使用的密碼雜湊函數,可以產生出一個128位元(16位元組)的散列值(hash value),用于确保信息传输完整一致。MD5由美國密碼學家罗纳德·李维斯特()設計,於1992年公開,用以取代MD4演算法。這套演算法的程序在 RFC 1321 中被加以規範。

MD5
概述
设计者罗纳德·李维斯特
首次发布1992年4月
系列MD2MD4MD5MD6
密码细节
摘要长度128位
分组长度512位
结构Merkle–Damgård construction
重复回数4[1]

数据(如一段文字)运算变为另一固定长度值,是雜湊算法的基础原理。

1996年後被證實存在弱點,可以被加以破解,對於需要高度安全性的資料,專家一般建議改用其他演算法,如SHA-2。2004年,證實MD5演算法無法防止碰撞攻击,因此不適用於安全性認證,如SSL公開金鑰認證或是數位簽章等用途。

历史与密码学

1992年8月,罗纳德·李维斯特向互联网工程任务组(IETF)提交了一份重要文件,描述了这种算法的原理。由于这种算法的公开性和安全性,在90年代被广泛使用在各种程序语言中,用以確保资料傳遞無誤等。[2]

MD5由MD4、MD3、MD2改进而来,主要增强算法复杂度和不可逆性。

应用

MD5曾被用於檔案校驗、SSL/TLSIPsecSSH,但MD5早已被發現有明顯的缺陷。

算法

Figure 1. 一个MD5运算— 由类似的64次循环构成,分成4组16次。F 一个非线性函数;一个函数运算一次。Mi 表示一个 32-bits 的输入数据,Ki 表示一个 32-bits 常数,用来完成每次不同的计算。

MD5是輸入不定長度信息,輸出固定長度128-bits的演算法。经过程序流程,生成四个32位数据,最后联合起来成为一个128-bits散列。基本方式为,求餘、取餘、调整长度、与链接变量进行循环运算。得出结果。

XOR, AND, OR , NOT 的符号。

伪代码

//Note: All variables are unsigned 32 bits and wrap modulo 2^32 when calculating
var int[64] r, k

//r specifies the per-round shift amounts
r[ 0..15]= {7, 12, 17, 22,  7, 12, 17, 22,  7, 12, 17, 22,  7, 12, 17, 22} 
r[16..31]= {5,  9, 14, 20,  5,  9, 14, 20,  5,  9, 14, 20,  5,  9, 14, 20}
r[32..47]= {4, 11, 16, 23,  4, 11, 16, 23,  4, 11, 16, 23,  4, 11, 16, 23}
r[48..63]= {6, 10, 15, 21,  6, 10, 15, 21,  6, 10, 15, 21,  6, 10, 15, 21}

//Use binary integer part of the sines of integers as constants:
for i from 0 to 63
    k[i] := floor(abs(sin(i + 1)) × 2^32)

//Initialize variables:
var int h0 := 0x67452301
var int h1 := 0xEFCDAB89
var int h2 := 0x98BADCFE
var int h3 := 0x10325476

//Pre-processing:
append "1" bit to message
append "0" bits until message length in bits  448 (mod 512)
append bit length of message as 64-bit little-endian integer to message

//Process the message in successive 512-bit chunks:
for each 512-bit chunk of message
    break chunk into sixteen 32-bit little-endian words w[i], 0  i  15

    //Initialize hash value for this chunk:
    var int a := h0
    var int b := h1
    var int c := h2
    var int d := h3

    //Main loop:
    for i from 0 to 63
        if 0  i  15 then
            f := (b and c) or ((not b) and d)
            g := i
        else if 16  i  31
            f := (d and b) or ((not d) and c)
            g := (5×i + 1) mod 16
        else if 32  i  47
            f := b xor c xor d
            g := (3×i + 5) mod 16
        else if 48  i  63
            f := c xor (b or (not d))
            g := (7×i) mod 16
 
        temp := d
        d := c
        c := b
        b := leftrotate((a + f + k[i] + w[g]),r[i]) + b
        a := temp
    Next i
    //Add this chunk's hash to result so far:
    h0 := h0 + a
    h1 := h1 + b 
    h2 := h2 + c
    h3 := h3 + d
End ForEach
var int digest := h0 append h1 append h2 append h3 //(expressed as little-endian)

MD5散列

一般128位的MD5散列被表示为32位十六进制数字。以下是一个43位长的仅ASCII字母列的MD5散列:

MD5("The quick brown fox jumps over the lazy dog")
= 9e107d9d372bb6826bd81d3542a419d6

即使在原文中作一个小变化(比如用c取代d)其散列也会发生巨大的变化:

MD5("The quick brown fox jumps over the lazy cog")
= 1055d3e698d289f2af8663725127bd4b

空文的散列为:

MD5("")
= d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e

缺陷

2009年,中國科學院的謝濤和馮登國仅用了220.96的碰撞算法複雜度,破解了MD5的碰撞抵抗,该攻击在普通计算机上运行只需要数秒钟[3]。2011年,RFC 6151 禁止MD5用作金鑰雜湊訊息鑑別碼

参见

参考文献

  1. RFC 1321, section 3.4, "Step 4. Process Message in 16-Word Blocks", page 5.
  2. 梁斌. . . 孙学瑛 (责任编辑) 第1版. 电子工业出版社. 2007年10月: 51. ISBN 978-7-121-04922-4 (中文(中国大陆)‎).
  3. Tao Xie and Dengguo Feng. (PDF). 30 May 2009 [2010-09-21]. (原始内容存档 (PDF)于2012-05-05).
  • Berson, Thomas A. . : 71–80. 1992. ISBN 978-3-540-56413-3.
  • Bert den Boer; Antoon Bosselaers. . 1993: 293–304. ISBN 978-3-540-57600-6.
  • Hans Dobbertin, Cryptanalysis of MD5 compress. Announcement on Internet, May 1996 页面存档备份,存于.
  • Dobbertin, Hans. . CryptoBytes. 1996, 2 (2) [2006-07-30]. (原始内容存档于2006-08-13).
  • Cong, Zijie. . Clifton Labratory. 2009.

外部链接

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