Md5加密算法的原理及应用

Md5加密算法的原理及应用

1.前言

Md5的全称是Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法），在90年代初由Mit Laboratory For Computer Science和Rsa Data Security Inc的Ronaldl.rivest开发出来，经md2、md3和md4发展而来。它的作用是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密钥前被“压缩”成一种保密的格式。由于md5算法的使用不需要支付任何版权费用的，所以在一般的情况下，md5也不失为一种非常优秀的加密算法，被大量公司和个人广泛使用。2004年8月17日的美国加州圣巴巴拉的国际密码学会议（Crypto’2004）上，来自中国山东大学的王小云教授做了破译MD5、HAVAL-128、MD4和RIPEMD算法的报告，公布了MD系列算法的破解结果，MD5破解工程权威网站（）也因此关闭，从此宣布MD5加密算法不再是一种安全的加密算法。虽然王小云教授公布了破解MD5算法的报告，宣告该算法不再安全，但是对于公司以及普通用户来说，从算法上来破解MD5非常困难，因此MD5仍然算是一种安全的算法。

MD5是一个安全的散列算法，输入两个不同的明文不会得到相同的输出值，根据输出值，不能得到原始的明文，即其过程不可逆；所以要解密MD5没有现成的算法，只能用穷举法，把可能出现的明文，用MD5算法散列之后，把得到的散列值和原始的数据形成一个一对一的映射表，通过比在表中比破解密码的MD5算法散列值，通过匹配从映射表中找出破解密码所对应的原始明文。

对信息系统或者网站系统来说，MD5算法主要用在用户注册口令的加密，对于普通强度的口令加密，可以通过以下三种方式进行破解：

（1）在线查询密码。一些在线的MD5值查询网站提供MD5密码值的查询，输入MD5密码值后，如果在数据库中存在，那么可以很快获取其密码值。

（2）使用MD5破解工具。网络上有许多针对MD5破解的专用软件，通过设置字典来进行破解。（3）通过社会工程学来获取或者重新设置用户的口令。

因此简单的MD5加密是没有办法达到绝对的安全的，因为普通的MD5加密有多种暴力破解方式，因此如果想要保证信息系统或者网站的安全，需要对MD5进行改造，增强其安全性，本文就是在MD5加密算法的基础上进行改进！

2.Md5算法应用

2.1Md5加密原理

MD5以512位分组来处理输入的信息，且每一分组又被划分为16个32位子分组，经过了一系列的处理后，算法的输出由四个32位分组组成，将这四个32位分组级联后将生成一个128位散列值。在MD5算法中，首先需要对信息进行填充，使其字节长度对512求余数的结果等于448。因此，信息的字节长度（Bits Length）将被扩展至N*512+448，即N*64+56个字节（Bytes），N为一个正整数。填充的方法如下，在信息的后面填充一个1和无数个0，直到满足上面的条件时才停止用0对信息的填充。然后再在这个结果后面附加一个以64位二进制表示的填充前的信息长度。经过这两步的处理，现在的信息字节长度=N*512+448+64=(N+1)*512，即长度恰好是512的整数倍数。这样做的原因是为满足后面处理中对信息长度的要求。MD5中有四个32位被称作链接变量（Chaining Variable）的整数参数，他们分别为：A=0x01234567，B=0x89abcdef，C=0xfedcba98，D=0x76543210。当设置好这四个链接变量后，就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（MD4只有三轮），每轮循环都很相似。第一轮进行16次操作。每次操作对a、b、c和d中的其中三个作一次非线性函数运算，然后将所得结果加上第四个变量（文本中的一个子分组和一个常数）。

再将所得结果向右环移一个不定的数，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。以一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，⊕是异或，∧是与，∨是或，是反符号。

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。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。最后得到的A，B，C，D就是输出结果，A是低位，D为高位，DCBA组成128位输出结果。

2.2 MD5的安全性

从安全的角度讲，MD5的输出为128位，若采用纯强力攻击寻找一个消息具有给定Hash值的计算困难性为2128，用每秒可试验1000000000个消息的计算机需时1.07×1022年。若采用生日攻击法，寻找有相同Hash值的两个消息需要试验264个消息，用每秒可试验1000000000个消息的计算机需时585年。

2.3 Md5加密算法的应用

MD5加密算法由于其具有较好的安全性，加之商业也可以免费使用该算法，因此该加密算法被广泛使用，md5算法主要运用在数字签名、文件完整性验证以及口令加密等方面。

3.改进后的加密方法

3.1目前md5加密方法利用的缺陷

在目前的信息系统中，对md5加密方法的利用主要通过在脚本页面中引用包含md5加密函数代码的文件，以asp脚本为例，在需要调用的页面中加入，md5.asp为md5加密函数代码文件，然后直接调用函数MD5(sMessage)即可，md5加密后的值有16位和32位之分，如果在md5加密函数中使用的是MD5 = LCase(WordToHex(a) & WordToHex(b) & WordToHex(c) & WordToHex(d))，则表示是32位，如果使用的是MD5=LCase(WordToHex(b) & WordToHex(c))，则表示是16位。例如对明文为“123456”的值进行加密，其md5值有两个，如下所示：

A=“123456”

password=md5(A)= 49ba59abbe56e057

password=md5(A)= e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e

如果将加密的md5值直接保存在数据库，当网站存在注入或者其它漏洞时，入侵者极有可能获取用户的密码值，通过md5在线查询或者暴力破解可以得到密码。

3.2基于md5算法的改进加密方法

本文提到的方法是在使用md5加密算法对明文（口令）加密的基础上，对密文进行了改变，在密文中截取一段数据并丢弃，然后使用随机函数填充被丢弃的数据，且整个过程不改变md5加密后的位数。其加密过程用算法描述如下：

（1）对明文password进行md5加密，获得密文md5（password）。

（2）使用截取函数截取加密后的密文，从第beginnumber位置开始截取number位数值，得到密码A，其中A=left(md5（password）,beginnumber-1)。

（3）使用截取函数截取加密后的明文的number位数后的值B，其中B=right(md5（password），md5-digit -(beginnumber+number-1))。

（4）使用随机函数gen_key（number）填充被截取的number的值。