算法學習——漫畫:什麼是MD5算法?(推薦)

作者:玻璃貓;

來源:程序員小灰


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摘要哈希生成的正確姿勢是什麼樣呢?分三步:

1.收集相關業務參數,在這裡是金額和目標賬戶。當然,實際應用中的參數肯定比這多得多,這裡只是做了簡化。

2.按照規則,把參數名和參數值拼接成一個字符串,同時把給定的密鑰也拼接起來。之所以需要密鑰,是因為攻擊者也可能獲知拼接規則。

3.利用MD5算法,從原文生成哈希值。MD5生成的哈希值是128位的二進制數,也就是32位的十六進制數。



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第三方支付平臺如何驗證請求的簽名?同樣分三步:

1.發送方和請求方約定相同的字符串拼接規則,約定相同的密鑰。

2.第三方平臺接到支付請求,按規則拼接業務參數和密鑰,利用MD5算法生成Sign。

3.用第三方平臺自己生成的Sign和請求發送過來的Sign做對比,如果兩個Sign值一模一樣,則簽名無誤,如果兩個Sign值不同,則信息做了篡改。這個過程叫做驗籤


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MD5算法底層原理:

簡單概括起來,MD5算法的過程分為四步:處理原文設置初始值循環加工,拼接結果

第一步:處理原文

首先,我們計算出原文長度(bit)對512求餘的結果,如果不等於448,就需要填充原文使得原文對512求餘的結果等於448。填充的方法是第一位填充1,其餘位填充0。填充完後,信息的長度就是512*N+448。

之後,用剩餘的位置(512-448=64位)記錄原文的真正長度,把長度的二進制值補在最後。這樣處理後的信息長度就是512*(N+1)。

第二步:設置初始值

MD5的哈希結果長度為128位,按每32位分成一組共4組。這4組結果是由4個初始值A、B、C、D經過不斷演變得到。MD5的官方實現中,A、B、C、D的初始值如下(16進制):

A=0x01234567

B=0x89ABCDEF

C=0xFEDCBA98

D=0x76543210

第三步:循環加工

這一步是最複雜的一步,我們看看下面這張圖,此圖代表了單次A,B,C,D值演變的流程。


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圖中,A,B,C,D就是哈希值的四個分組。每一次循環都會讓舊的ABCD產生新的ABCD。一共進行多少次循環呢?由處理後的原文長度決定。

假設處理後的原文長度是M

主循環次數 = M / 512

每個主循環中包含 512 / 32 * 4 = 64 次 子循環。

上面這張圖所表達的就是單次子循環的流程。

下面對圖中其他元素一一解釋:

1.綠色F

圖中的綠色F,代表非線性函數。官方MD5所用到的函數有四種:

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))

在主循環下面64次子循環中,F、G、H、I 交替使用,第一個16次使用F,第二個16次使用G,第三個16次使用H,第四個16次使用I。

2.紅色“田”字

很簡單,紅色的田字代表相加的意思。

3.Mi

Mi是第一步處理後的原文。在第一步中,處理後原文的長度是512的整數倍。把原文的每512位再分成16等份,命名為M0~M15,每一等份長度32。在64次子循環中,每16次循環,都會交替用到M1~M16之一。

4.Ki

一個常量,在64次子循環中,每一次用到的常量都是不同的。

5.黃色的<<<S

左移S位,S的值也是常量。

“流水線”的最後,讓計算的結果和B相加,取代原先的B。新ABCD的產生可以歸納為:

新A = 原d

新B = b+((a+F(b,c,d)+Mj+Ki)<<<s)

新C = 原b

新D = 原c

總結一下主循環中的64次子循環,可以歸納為下面的四部分:

第一輪:

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)

第二輪:

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)

第三輪:

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)

第四輪:

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:拼接結果

這一步就很簡單了,把循環加工最終產生的A,B,C,D四個值拼接在一起,轉換成字符串即可。


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