MD5算法原理与常用实现
目錄
- 定義
- MD5特點
- 常見應用場景
- 1、校驗文件的完整性
- 2、存儲用戶密碼
- 原理
- 1、填補信息
- 2、拿到初始值
- 3、真正的計算
- MD5為什么不可逆
- java實現和使用
定義
MD全稱Message-Digest，即信息摘要，所以MD家族的算法也叫信息摘要算法
MD家族有MD2、MD3、MD4、MD5，一代比一代強。
所以MD5是MD算法家族中，目前最常用的一種加密算法。
任何信息，都可以通過MD5算法運算生成一個16字節（128位）的散列值，但卻無法通過這16個字節的散列值獲得加密前的信息。
最終這16個散列值，通常用一個長度為32的十六進制字符串來表示。
這就是MD5最重要的一個特性：加密不可逆。
MD5特點
加密不可逆，即無法通過密文得到原文。
不變性，即相同的原文，通過MD5算法得到的密文總是相同的。
散列性，即對原文作輕微的改動，都可導致最終的密文完全改變。
常見應用場景
1、校驗文件的完整性
如果張三給李四傳了一個文件，如何確認這個文件傳給李四是完整的呢
張三傳文件前，先對文件做一個MD5加密，同時把MD5加密的密文傳給李四
李四收到文件，也對該文件做MD5加密，如果得到的密文和張三給的密文一樣，就說明文件是完整的。
2、存儲用戶密碼
用戶密碼，理論上也不能直接明文存儲在數據庫中，因為一旦數據庫被破解，用戶的密碼就全部丟失了
所以可以將用戶密碼做一個MD5加密，然后將密文存在數據庫中
用戶登錄的時候，可以將用戶的密碼進行MD5加密，然后比對密文和數據庫中的密文是否一致，來判斷用戶前臺填的密碼是否正確。
這只是一個思路，一般不會這么簡單，一般生產環境會對用戶密碼加鹽加密等等的處理，用戶信息更加重要的，則需要更加復雜的計算邏輯。
原理
MD5的加密過程，整體來看，就是先定義四個值，然后用這四個值，對原文信息進行計算，并得到新的四個值，然后再對原文進行計算，再得到新的四個值，如此循環一定次數，最終對最后的這四個值進行簡單的字符串拼接，就得到了最終的密文。
主要就是下面這3步：
1、填補信息
用原文長度位數對512求余，如果結果不為448，就填充到448位。填充是第一位填1，后面填0。512-448=64，用這剩余的64位，記錄原文長度。
最終得到一個填補完的信息（總長=原文長度+512位）
2、拿到初始值
四個初始值，是MD5這個算法提前定義好的，分別是4個32位的值，總共剛好128位。
我們用ABCD命名：
A=0x01234567
B=0x89ABCDEF
C=0xFEDCBA98
D=0x76543210
3、真正的計算
計算分為多次循環，每次循環，都是用ABCD和原文在第一步填補完的信息，進行計算，最終得到新的ABCD。最后將最后一次ABCD拼成字符串，就是最終的密文。
循環先分為主循環，每個主循環中又套有子循環。
主循環次數 = 原文長度/512。
子循環次數 = 64次。
我們看看單次子循環都做了什么：
下面是單次子循環真正的計算邏輯（這段實現摘自網友）：
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？由處理后的原文長度決定。
假設處理后的原文長度是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：
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是第一步處理后的原文。在第一步中，處理后原文的長度是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<<
FF(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+F(b,c,d)+Mj+ti)<<<s)
<<<s表示循環左移s位
MD5為什么不可逆
MD5不可逆的原因，從原理上來看，
第一是他使用了散列函數，即上面的FGHI函數。
第二是他在里面用了大量的移位操作，即<<<，這些是不可逆的
比如有10110011，我們左移三位，變成了10011000，高三位的101被頂了，低三位用0代替了，那此時就絕對不可能用10011000再逆向得到10110011了。
java實現和使用
public class MD5Util {public static void main(String[] args) throws IOException {System.out.println(encodeString("123"));}public static String encodeString(String plainText) throws UnsupportedEncodingException {return encodeBytes(plainText.getBytes("UTF-8"));}public static String encodeBytes(byte[] bytes) {try {MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");md.update(bytes);byte b[] = md.digest();int i;StringBuffer buf = new StringBuffer("");for (int offset = 0; offset < b.length; offset++) {i = b[offset];if (i < 0) {i += 256;}if (i < 16) {buf.append("0");}buf.append(Integer.toHexString(i));}return buf.toString();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}return "";}}總結
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