【加密算法】MD5

很早之前做的筆記，找不到是哪位大佬分享的了

MD5算法底層原理：

簡單概括起來，MD5算法的過程分爲四步：

1. 處理原文
2. 設置初始值
3. 循環加工
4. 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的哈希結果長度爲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。

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，命名爲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的產生可以歸納爲：

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，可以歸納爲下面的四部分：

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。