MD5加密算法的研究及应用_魏晓玲

中图分类号:T P311 文献标识码:A 文章编号:1009-2552(2010)07-0145-03

M D5加密算法的研究及应用

魏晓玲

(延安大学计算中心,延安716000)

摘　要:针对当前网站建设和系统开发中用户信息等重要数据的安全问题,提出了一种M D5加密算法,可以对用户密码进行加密。M D5加密算法是一种比较常用的单向加密算法,通过对该算法的深入研究,介绍了M D5算法的特性、算法原理及其算法流程,并给出M D5算法在一个具体系统中的实际应用,得出M D5算法是一种非常安全和易用的加密算法。

关键词:M D5;加密方式;加密算法;应用

R e s e a r c ha n da p p l i c a t i o n o f MD5e n c r y p t i o na l g o r i t h m

WE I X i a o-l i n g

(C o mp u t e r C e n t e r o f Y a n'a nU n i v e r s i t y,Y a n'a n716000,C h i n a)

A b s t r a c t:F o r t h e s a f e t y p r o b l e mo f i m p o r t a n t d a t a i n w e b s i t e c o n s t r u c t i o na n ds y s t e m d e v e l o p m e n t a t

p r e s e n t,s u c h a s u s e r i n f o r m a t i o n,a M D5e n c r y p t i o n a l g o r i t h m t h a t c a ne n c r y p t u s e r p a s s w o r d s i s p u t

f o r w a r d.A s a o n e-w a ye n c r y p t i o na l

g o r i t

h m,M D5e n c r y p t

i o na l g o r i t h m i s o f t e nu s e d.I nt h i s p a p e r,

f i r s t l y,o n t h e b a s i s o f d e e p s t u d y o n t h e a l

g o r i t

h m,t h e c h a r a c t e r

i s t i c s,a l g o r i t h mt h e o r y a n da l g o r i t h m

f l o wo f M D5a r ei n t r o d u c e d.S e c o n d l y,t h er e a l a p p l i c a t i o no f M D5a l

g o r i t

h m

i s g i v e ni na s p e c i f i c

s y s t e m.F i n a l l y,ac o n c l u s i o ni s d r a w nt h a t M D5a l g o r i t h m i s av e r y s a f e a n de a s y t ou s e e n c r y p t i o n

a l g o r i t h m.

K e y w o r d s:M D5;e n c r y p t i o n m e t h o d;e n c r y p t i o n a l g o r i t h m;a p p l i c a t i o n

0　引言

随着计算机技术和网络技术的广泛应用,很多单位都建立了自己的网站。但这些单位在得益于网络的同时,数据的安全性和自身的利益也受到了严重的威胁。在一般情况下用户的资料信息是保存在数据库中,如果没有对数据库采取任何形式的保密措施,对于一些文件型数据库比如A c c e s s等,如果有人得到这个文件,那所有的资料都将泄露。所以为了增加数据库的安全性,有必要对数据库中的资料进行加密,这样即使有人得到了整个数据库,如果没有解密算法,同样是不能查看数据库中的用户信息。现在最常用的加密方法就是在用户注册时对用户提交的信息进行加密。本文目的是介绍M D5加密算法的实现原理,同时给出M D5具体的应用实例,从而更好的了解M D5算法的实现原理及应用。 1　加密方式分类

加密方式可以分为单向加密和双向加密。双向加密是最常用的加密算法,它的原理是将能直接理解的明文数据加密为不能理解的密文数据,然后在需要解密的时候,可以利用一定的解密算法将这些加密以后的密文再解密为原来可以理解的明文,双向加密一般应用于隐秘通讯[1]。而单向加密只能对数据进行加密,不能将密文解密。在实际应用中的一个最典型的例子就是对数据库中的用户信息进行加密,当用户创建一个新的账号或者密码时,这些信息不是直接保存在数据库中,而是经过加密以后再保存。这样即使这些信息被泄露,也不能理解这些信息的真正含义,因为被泄露的信息是一段

收稿日期:2010-04-15

作者简介:魏晓玲(1974-),女,实验师,在职硕士,主要研究方向为信息系统的开发。

不能解密的密文[2]。

2　M D5算法介绍

2.1　M D5简介

M D5是M e s s a g e-d i g e s t A l g o r i t h m5(信息-摘要算法)的缩写,经M D2、M D3和M D4发展而来。它是把一个任意长度的字节串变换成一定长的大整数。M D5算法是在M D4的基础上增加了“安全-带子”(s a f e t y-b e l t s)的概念。虽然M D5比M D4稍微慢一些,但却更为安全。这个算法很明显的由四个和M D4设计有少许不同的步骤组成。在M D5算法中,信息摘要的大小和填充的必要条件与M D4完全相同。由于M D5算法的使用不需要支付任何版权费用,所以在一般的情况下M D5不失为一种非常优秀的中间技术[3-4]。

2.2　M D5算法原理

M D5算法是对输入信息进行初始化处理后,以512位分组来处理输入的信息,每一分组又被划分成为16个32位子分组,经过了一系列的变换处理后,输出由四个32位分组,再将这四个32位分组级联后生成一个128位散列值[5-6]。

具体过程如下:

(1)首先对信息进行填充,即在信息的后面填充一个1和若干个0使其字节长度对512求余的结果等于448。

(2)对M D5进行初始化,即M D5中用四个32位被称作链接变量的整数参数,它们分别为:A= 0x01234567,B=0x89a b c d e f,C=0x f e d c b a98,D= 0x76543210。

(3)开始进入算法的四轮循环运算。循环的次数是信息中512位信息分组的数目。将上面四个链接变量复制到另外四个变量中:A到a,B到b,C到c,D到d。主循环有四轮,第一轮进行16次操作。每次操作对a、b、c和d中的其中三个做一次非线性函数运算,然后将所得结果加上第四个变量,再将所得结果向右位移一个不定的数,并加上a、b、c或d 中之一。最后用该结果取代a、b、c或d中之一。

以下是每次操作中用到的四个非线性函数(每轮一个)。

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))

(其中:“＆”是与运算,“”是或运算,“～”是非运算,“ ”是异或运算,它们都是位运算符。)这四个函数的说明:如果x、y和z的对应位是独立和均匀的,那么结果的每一位也应是独立和均匀的。f是一个逐位运算的函数。即,如果x,那么y,否则z。函数h是逐位奇偶操作符。

假设m j表示消息的第j个子分组(从0到15), t i为第I步中的常数,<<

f f(a,b,c,d,m j,s,t i)表示a=b+((a+(f(b,c, d)+m j+t i)<<

g g(a,b,c,d,m j,s,t i)表示a=b+((a+(g(b, c,d)+m j+t i)<<

h h(a,b,c,d,m j,s,t i)表示a=b+((a+(h(b, c,d)+m j+t i)<<

i i(a,b,c,d,m j,s,t i)表示a=b+((a+(i(b,c, d)+m j+t i)<<

常数t i表示在第i步中,t i是4294967296＊a b s (s i n(i))的整数部分,4294967296等于2的32次方,i的单位是弧度。所有这些完成之后,将A、B、C、D分别加上a、b、c、d。然后用下一分组数据继续运行算法,最后的输出是A、B、C和D的级联。

3　M D5加密算法的应用

下面给出M D5算法在中国建设银行延安分行的设备管理系统中的具体应用(部分代码)。在这个系统中对M D5算法的应用主要是针对用户的注册登录,用户在注册时所提交的密码信息是利用M D5算法加密之后再保存到数据库中的。这样可以防止用户密码的泄露,既使是管理员也没有办法查看到用户的密码,有效的保护了系统的安全。在用户进行登录时,为了做身份验证,必须对输入的密码重新进行M D5加密运算,然后再与数据库中的信息进行比对,相等便可进入系统。

在本系统中主要是用M D5对用户密码进行加密,实现的相关代码如下:

p u b l i c c l a s s M D5{

......

//F,G,H,I是4个基本的M D5函数

p r i v a t e l o n g F(l o n g x,l o n g y,l o n g z){

r e t u r n(x＆a m p;y)((～x)＆a m p;z);

}

......

//F F,G G,H H和I I将调用F,G,H,I进行近一步变换

　p r i v a t e l o n g F F(l o n g a,l o n g b,l o n g c,l o n g d,l o n g x,l o n g s,l o n g a c)

{

a+=F(b,c,d)+x+a c;

a=((i n t)a<;>; >;(32-s));

a+=b;

r e t u r n a;

}

......

//m d5I n i t是一个初始化函数,初始化核心变量

p r i v a t e v o i d m d5I n i t(){

c o u n t[0]=0L;

c o u n t[1]=0L;

s t a t e[0]=0x67452301L;

s t a t e[1]=0x e f c d a b89L;

s t a t e[2]=0x98b a d c f e L;

s t a t e[3]=0x10325476L;

r e t u r n;

}

/＊m d5T r a n s f o r m是M D5核心变换程序,有m d5U p d a t e调用,b l o c k是分块的原始字节＊/

p r i v a t e v o i d m d5T r a n s f o r m(b y t e b l o c k[]){

l o n g a=s t a t e[0],b=s t a t e[1],c= s t a t e[2],d=s t a t e[3];

l o n g[]x=n e wl o n g[16];

D e c o d e(x,b l o c k,64);

a=F F(a,b,c,d,x[0],S11,

0x d76a a478L);

d=F F(d,a,b,c,x[1],S12,

0x e8c7b756L);

c=F F(c,d,a,b,x[2],S13,

0x242070d b L);

b=F F(b,c,d,a,x[3],S14,

0x c1b d c e e e L);

......

s t a t e[0]+=a;

s t a t e[1]+=b;

s t a t e[2]+=c;

s t a t e[3]+=d;

}

/＊m d5U p d a t e是M D5的主计算过程,i n b u f是要变换的字节串,i n p u t l e n是长度,这个函数由g e t-M D5o f S t r调用＊/

p r i v a t e v o i dm d5U p d a t e(b y t e[]i n b u f,i n t i n p u t L e n){

i n t i,i n d e x,p a r t L e n;

b y t e[]b l o

c k=n e wb y t e[64];

i n d e x=(i n t)(c o u n t[0]>>>3)＆a m p;0x3F;

i f((c o u n t[0]+=(i n p u t L e n<<3)) <(i n p u t L e n<<3))

c o u n t[1]++;

c o u n t[1]+=(i n p u t L e n>>>29);

p a r t L e n=64-i n d e x;

i f(i n p u t L e n>=p a r t L e n){

m d5M e m c p y(b u f f e r,i n b u f,i n d e x,0, p a r t L e n);

m d5T r a n s f o r m(b u f f e r);

f o r(i=p a r t L e n;i+63

m d5M e m c p y(b l o c k,i n b u f,0,i, 64);

m d5T r a n s f o r m(b l o c k);

}

i n d e x=0;

}e l s e

i=0;

//m d5M e m c p y是一个内部使用的b y t e数组的块拷贝函数

m d5M e m c p y(b u f f e r,i n b u f,i n d e x,i, i n p u t L e n-i);

}

　//g e t M D5o f S t r是类M D5最主要的公共方法,入口参数是要进行M D5变换的字符串,返回的是变换完的结果

p u b l i c S t r i n g g e t M D5o f S t r(S t r i n g i n b u f){

m d5I n i t();

m d5U p d a t e(i n b u f.g e t B y t e s(),i n b u f. l e n g t h());

m d5F i n a l();//m d5F i n a l整理和填写输出结果

d i g

e s t H e x S t r="";

f o r(i n t i=0;i<16;i++){

d i g

e s t H e x S t r+=b y t e H E X(d i-g e s t[i]);

}

r e t u r n d i g e s t H e x S t r;

}

}

在用户的身份认证中引入M D5算法,对用户信息进行不可逆加密,不同的用户信息拥有不同且唯一的用户加密信息,(下转第151页)

9　另类文件丢失的修复方法

这类故障出现时一般会给出一组C L S I D注册码,而不是告诉用户所损坏或丢失的文件名称,因此经常会让一些初级用户感到不知所措。例如本文在运行窗口中执行“g p e d i t.m s c”命令来打开组策略时曾出现了“管理单元初始化失败”的提示窗口,点击“确定”也不能正常地打开相应的组策略,而经过检查发现是因为丢失了g p e d i t.d l l文件所造成的,虽然窗口中没有提示所丢失的文件,但是在实际解决这类故障时也不是很难。

其实窗口中的C L S I D(C l a s s I D o r i d e n t i f i e r)类标识提示就是一个解决问题的线索,这是因为在注册表中会给每个对象分配一个唯一的标识,这样就可通过在注册表中查找,来获得相关的线索,具体方法如下。

在“运行”窗口中执行“r e g e d i t”命令,然后在打开的注册表窗口中依次点击“编辑※查找”,然后在输入框中输入C L S I D标识(本例中的C L S I D标识是“{8F C0B734-A0E1-11D1-A7D3-0000F87571E3}”),然后在搜索的类标识中选中“I n P r o c S e r v e r32”项,接着在右侧窗口中将双击“默认”项,这时在“数值数据”中会看到“%S y s t e m R o o t%S y s t e m32G P E d i t.

d l l”,其中的G P E d i t.d l l就是本例故障所丢失或损坏的文件。这时只要将安装光盘中的相关文件解压或直接复制到相应的目录中,即可完全修复。

10　解决N T L D R文件丢失

在突然停电或在高版本系统的基础上安装低版本的操作系统时,很容易造成N T L D R文件的丢失,这样在登录系统时就会出现“N T L D R i sM i s s i n g P r e s s a n y k e y t o r e s t a r t”的故障提示,其可在“故障恢复控制台”中进行解决。

进入故障恢复控制台,然后插入W i n d o w s X P安装光盘,接着在故障恢复控制台的命令状态下输入“c o p y x:i386n t l d r c:”命令并回车即可(“x”为光驱所在的盘符),然后执行“c o p y x:i386n t d e t e c t.

c o mc:”命令,如果提示是否覆盖文件,则键入“y”确认,并按回车键。

11　修复受损的B o o t.i n i文件

在遇到N T L D R文件丢失的故障时,b o o t.i n i文件多半也会出现丢失或损坏的情况。这样在进行了上面修复N T L D R的操作后,还要在故障恢复控制台中执行“b o o t c f g/r e d i r e c t”命令来重建B o o t.i n i文件。最后执行“f i x b o o t c:”命令,在提示是否进行操作时输入“y”确认并回车,这样W i n d o w s X P的系统分区便可写入到启动扇区中。当执行完全部命令后,键入“e x i t”命令退出故障恢复控制台,重新启动后系统即可恢复如初。

参考文献:

[1]杨速章,陈静.Wi n d o w s X P操作应用基础[M].人民邮电出版

社,2008.

[2]景凤宣.计算机应用基础—基于Wi n d o w s X P[M].2版.电子工

业出版社,2008.

[3]谢川,朱丰磊,谢川,等.Wi n d o w s网络操作系统[M].高等教育

出版社,2006.

责任编辑:么丽苹

(上接第147页)

即使是有人通过网络窃取或者非法入侵数据库等方式获得了用户的重要信息,也只是加了密的且无法解密的符号,有效的增强了用户信息的安全性。

4　结束语

M D5算法是由M D2、M D3和M D4一步步改进而来。因其算法复杂,M D5在计算速度上做出了适当的牺牲,但就目前普通应用而言,M D5算法还是完全能够胜任的,而且还没有出现新的诸如M D6之类的替代算法,故M D5在今后相当长的一段时间内都还有其广泛的应用价值。实践证明,在网站建设和应用系统的开发过程中通过引入M D5算法,有效的增强了用户重要信息的安全性,M D5加密算法是一种优秀的信息加密算法。

参考文献:

[1]冯登国,裴定一.密码学导引[M].科学出版社,2003.

[2]施卫峰,周俊,等.多用户信息系统中数据安全性控制及其实现

[J].微机发展,2003(13).

[3]孙忠林,赵卫东,等.高级用户权限加密管理技术[J].计算机研

究,2003.

[4]中国信息安全论坛[E B/O L].h t t p://w w w.c h i n a f i r s t.o r g.c n.

[5]杨波.现代密码学[M].北京:清华大学出版社,2003.

[6]H a l l e r N.T h eS/K E Y O n e2T i m eP a s s w o r dS y s t e m[Z].R F C

1760,F e b r u a r y1995.

责任编辑:刘新影