MD5加密原理解析及OC版原理實現

MD5加密原理解析及OC版原理實現

1、MD5算法基礎概念

      MD5算法是Hash算法的一種，叫作訊息摘要演算法。所謂摘要，從字面意思理解，是指內容的大概。在MD5算法中，這個摘要是指將任意數據映射成一個128位長的摘要信息。而且其是不可逆的，即從摘要信息沒法反向推演中原文，在演算過程當中，原文的內容也是有丟失的。

      由於MD5算法最終生成的是一個128位長的數據，從原理上說，有2^128種可能，這是一個很是巨大的數據，約等於3.4乘10的38次方，雖然這個是個天文數字，可是世界上能夠進行加密的數據原則上說是無限的，所以是可能存在不一樣的內容通過MD5加密後獲得一樣的摘要信息，但這個碰中的機率很是小。

2、MD5的使用場景

      MD5經常使用在密碼加密中，通常爲了保證用戶密碼的安全，在數據庫中存儲的都是用戶的密碼通過MD5加密後的值，在客戶端用戶輸入密碼後，也會使用MD5進行加密，這樣即便用戶的網絡被竊聽，竊聽者依然沒法拿到用戶的原始密碼，而且即便用戶數據庫被盜，沒有存儲明文的密碼對用戶來講也多了一層安全保障。

      MD5簽名技術還經常使用於防止信息的篡改。使用MD5能夠對信息進行簽名，接收者拿到信息後只要從新計算簽名和原始簽名進行對比，便可知道數據信息是否中途被篡改了。

3、MD5算法原理

      MD5算法大體分爲4步完成：

第1步：進行數據填充整理

      這一步是對要加密的數據進行填充和整理，將要加密的二進制數據對512取模，獲得的結果若是不夠448位，則進行補足，補足的方式是第1位填充1，後面所有填充0。

第2步：記錄數據長度

     通過第一步整理完成後的數據的位數能夠表示爲N*512+448，再向其後追加64位用來存儲數據的長度，好比數據的長度爲16字節，則用10000來填充後64位。這一步作完後，數據的位數將變成(N+1)*512。

第3步：以標準的幻數做爲輸入

    MD5的實現須要每512個字節進行一次處理，後一次處理的輸入爲前一次處理的輸出，所以，在循環處理開始以前，須要拿4個標準數做爲輸入，它們分別是：

unsigned int A=0x67452301,B=0xefcdab89,C=0x98badcfe,D=0x10325476;

第4步：進行N輪循環處理，將最後的結果輸出

    這一步重要的是每一輪的處理算法，每一輪處理也要循環64次，這64次循環被分爲4各組，每16次循環爲一組，每組循環使用不一樣的邏輯處理函數，處理完成後，將輸出做爲輸入進入下一輪循環。

4、MD5核心算法的實現

   這裏演示的是每輪循環的核心算法：

首先進行3個函數的聲明：

//將大端字節序轉換爲小端字節序
void convertToLittleEndian(unsigned int *data, int len);
//進行循環左移函數
void ROL(unsigned int *s, unsigned short cx);
//MD5加密函數
void MD5(NSString *str);

MD5算法中處理的數據都是小端字節序的，而使用Objective-C處理的NSData對象的字節序是大端字節序，所以咱們須要作一下轉換。函數實現以下：

void convertToLittleEndian(unsigned int *data, int len)
{
    for (int index = 0; index < len; index ++) {
        
        *data = ((*data & 0xff000000) >> 24)
        | ((*data & 0x00ff0000) >>  8)
        | ((*data & 0x0000ff00) <<  8)
        | ((*data & 0x000000ff) << 24);
        
        data ++;
    }
}

在MD5中有須要對字節數據進行循環左移的操做，循環左移函數實現以下：

void ROL(unsigned int *s, unsigned short cx)
{
    if (cx > 32)cx %= 32;
    *s = (*s << cx) | (*s >> (32 - cx));
   return;
}

下面是MD5函數的核心實現：

void MD5(NSString *str){
    const void * bytes[str.length];
    //字符串轉字節流
    [str getBytes:bytes maxLength:str.length usedLength:nil encoding:NSUTF8StringEncoding options:NSStringEncodingConversionExternalRepresentation range:NSMakeRange(0, str.length) remainingRange:nil];
    //使用NSData存儲
    NSMutableData * data = [[NSMutableData alloc] initWithBytes:bytes length:str.length];
    BOOL first = YES;
    //進行數據填充
    if (data.length<56) {
        do {
            if (first) {
                int byte = 0b10000000;
                [data appendBytes:&byte length:1];
                first = NO;
            }else{
                int byte = 0b00000000;
                [data appendBytes:&byte length:1];
            }
        } while (data.length<56);
    }
    int length = (int)str.length*8%((int)pow(2, 64));
    [data appendBytes:&length length:8];
    void * newBytes[64];
    memcpy(newBytes, [data bytes], 64);
    //大小端轉換
    convertToLittleEndian(newBytes, 64);
    NSData * newData = [NSData dataWithBytes:newBytes length:data.length];
    NSMutableArray * subData = [NSMutableArray array];
    //進行分組
    for (int i = 0; i<16; i++) {
        [subData addObject: [newData subdataWithRange:NSMakeRange(i*4, 4)]];
    }
    //初始輸入
    unsigned int A=0x67452301,B=0xefcdab89,C=0x98badcfe,D=0x10325476;
    unsigned int a=A,b=B,c=C,d=D;
    unsigned int s[64] = { 7, 12, 17, 22, 7, 12, 17, 22, 7, 12, 17, 22, 7, 12, 17, 22,5, 9, 14, 20, 5, 9, 14, 20, 5, 9, 14, 20, 5, 9, 14, 20, 4, 11,16, 23, 4, 11, 16, 23, 4, 11, 16, 23, 4, 11, 16, 23, 6, 10, 15,21, 6, 10, 15, 21, 6, 10, 15, 21, 6, 10, 15, 21 };
    unsigned int  k[64] = {
        0xd76aa478, 0xe8c7b756, 0x242070db, 0xc1bdceee,
        0xf57c0faf, 0x4787c62a, 0xa8304613, 0xfd469501,
        0x698098d8, 0x8b44f7af, 0xffff5bb1, 0x895cd7be,
        0x6b901122, 0xfd987193, 0xa679438e, 0x49b40821,
        0xf61e2562, 0xc040b340, 0x265e5a51, 0xe9b6c7aa,
        0xd62f105d, 0x02441453, 0xd8a1e681, 0xe7d3fbc8,
        0x21e1cde6, 0xc33707d6, 0xf4d50d87, 0x455a14ed,
        0xa9e3e905, 0xfcefa3f8, 0x676f02d9, 0x8d2a4c8a,
        0xfffa3942, 0x8771f681, 0x6d9d6122, 0xfde5380c,
        0xa4beea44, 0x4bdecfa9, 0xf6bb4b60, 0xbebfbc70,
        0x289b7ec6, 0xeaa127fa, 0xd4ef3085, 0x04881d05,
        0xd9d4d039,  0xe6db99e5, 0x1fa27cf8, 0xc4ac5665,
        0xf4292244, 0x432aff97,  0xab9423a7, 0xfc93a039,
        0x655b59c3, 0x8f0ccc92, 0xffeff47d,  0x85845dd1,
        0x6fa87e4f, 0xfe2ce6e0, 0xa3014314, 0x4e0811a1,
        0xf7537e82, 0xbd3af235, 0x2ad7d2bb, 0xeb86d391 };
    
    //64次循環處理
    for (int i = 0; i <= 64; i++) {
        
        if (i<64) {
            unsigned int f;
            unsigned int g;
            if (i<16) {   
                f = (b&c)|((~b)&d);
                g = i;
            }else if(i<32) {
                f = (b&d)|((~d)&c);
                g = (5*i+1)%16;
            }else if(i<48){
                f = b^c^d;
                g = (3*i+5)%16;
            }else{
                f = c^((~d)|b);
                g = (7*i)%16;
            }
            unsigned int * temp = (unsigned int *) [subData[g] bytes];
            unsigned int  *tem = malloc(sizeof(unsigned int));
            memcpy(tem, temp, 4);
            convertToLittleEndian(tem, 4);
            unsigned int res = (a+f+*tem+k[i]);
            ROL(&res,s[i]);
            unsigned int t = res+b;
            a = d;
            d = c;
            c = b;
            b = t;
           
        }else{
            A = a+A;
            B = b+B;
            C = c+C;
            D = d+D;
        }
    }
    //大小端轉換
    unsigned int * newA = malloc(sizeof(unsigned int));
    memcpy(newA, &A, 4);
    NSLog(@"%0x",*newA);
    convertToLittleEndian(newA, 4);
    unsigned int * newB = malloc(sizeof(unsigned int));
    memcpy(newB, &B, 4);
    convertToLittleEndian(newB, 4);
    unsigned int * newC = malloc(sizeof(unsigned int));
    memcpy(newC, &C, 4);
    convertToLittleEndian(newC, 4);
    unsigned int * newD = malloc(sizeof(unsigned int));
    memcpy(newD, &D, 4);
    convertToLittleEndian(newD, 4);
    NSLog(@"AAA:%0x %0x %0x %0x ",*newA,*newB,*newC,*newD);
}