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MD5

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MD5
概述
設計者羅納德·李維斯特
首次發布1992年4月
系列MD2英語MD2 (hash function)MD4MD5MD6
密碼細節
摘要長度128位元
分組長度512位元
結構Merkle–Damgård construction英語Merkle–Damgård construction
重複回數4[1]

MD5訊息摘要演算法(英語:MD5 Message-Digest Algorithm),一種被廣泛使用的密碼雜湊函式,可以產生出一個128位元(16位元組)的雜湊值(hash value),用於確保資訊傳輸完整一致。MD5由美國密碼學家羅納德·李維斯特Ronald Linn Rivest)設計,於1992年公開,用以取代MD4演算法。這套演算法的程式在 RFC 1321 中被加以規範。

資料(如一段文字)運算變為另一固定長度值,是雜湊演算法的基礎原理。

1996年後被證實存在弱點,可以被加以破解,對於需要高度安全性的資料,專家一般建議改用其他演算法,如SHA-2。2004年,證實MD5演算法無法防止碰撞攻擊英語Collision_attack,因此不適用於安全性認證,如SSL公開金鑰認證或是數位簽章等用途。

歷史與密碼學[編輯]

1992年8月,羅納德·李維斯特向網際網路工程任務組(IETF)提交了一份重要檔案,描述了這種演算法的原理。由於這種演算法的公開性和安全性,在90年代被廣泛使用在各種程式語言中,用以確保資料遞移無誤等。[2]

MD5由MD4、MD3、MD2英語MD2 (hash function)改進而來,主要增強演算法複雜度和不可逆性。

應用[編輯]

MD5曾被用於檔案校驗、SSL/TLSIPsecSSH,但MD5早已被發現有明顯的缺陷。

演算法[編輯]

Figure 1. 一個MD5運算— 由類似的64次迴圈構成,分成4組16次。F 一個非線性函式;一個函式運算一次。Mi 表示一個 32-bits 的輸入資料,Ki 表示一個 32-bits 常數,用來完成每次不同的計算。

MD5是輸入不定長度資訊,輸出固定長度128-bits的演算法。經過程式流程,生成四個32位元資料,最後聯合起來成為一個128-bits雜湊。基本方式為,求餘、取餘、調整長度、與連結變數進行迴圈運算。得出結果。

XOR, AND, OR , NOT 的符號。

虛擬碼[編輯]

//Note: All variables are unsigned 32 bits and wrap modulo 2^32 when calculating
var int[64] r, k

//r specifies the per-round shift amounts
r[ 0..15]= {7, 12, 17, 22,  7, 12, 17, 22,  7, 12, 17, 22,  7, 12, 17, 22} 
r[16..31]= {5,  9, 14, 20,  5,  9, 14, 20,  5,  9, 14, 20,  5,  9, 14, 20}
r[32..47]= {4, 11, 16, 23,  4, 11, 16, 23,  4, 11, 16, 23,  4, 11, 16, 23}
r[48..63]= {6, 10, 15, 21,  6, 10, 15, 21,  6, 10, 15, 21,  6, 10, 15, 21}

//Use binary integer part of the sines of integers as constants:
for i from 0 to 63
    k[i] := floor(abs(sin(i + 1)) × 2^32)

//Initialize variables:
var int h0 := 0x67452301
var int h1 := 0xEFCDAB89
var int h2 := 0x98BADCFE
var int h3 := 0x10325476

//Pre-processing:
append "1" bit to message
append "0" bits until message length in bits  448 (mod 512)
append bit length of message as 64-bit little-endian integer to message

//Process the message in successive 512-bit chunks:
for each 512-bit chunk of message
    break chunk into sixteen 32-bit little-endian words w[i], 0  i  15

    //Initialize hash value for this chunk:
    var int a := h0
    var int b := h1
    var int c := h2
    var int d := h3

    //Main loop:
    for i from 0 to 63
        if 0  i  15 then
            f := (b and c) or ((not b) and d)
            g := i
        else if 16  i  31
            f := (d and b) or ((not d) and c)
            g := (5×i + 1) mod 16
        else if 32  i  47
            f := b xor c xor d
            g := (3×i + 5) mod 16
        else if 48  i  63
            f := c xor (b or (not d))
            g := (7×i) mod 16
 
        temp := d
        d := c
        c := b
        b := leftrotate((a + f + k[i] + w[g]),r[i]) + b
        a := temp
    Next i
    //Add this chunk's hash to result so far:
    h0 := h0 + a
    h1 := h1 + b 
    h2 := h2 + c
    h3 := h3 + d
End ForEach
var int digest := h0 append h1 append h2 append h3 //(expressed as little-endian)

MD5雜湊[編輯]

一般128位元的MD5雜湊被表示為32位元十六進位數字。以下是一個43位長的僅ASCII字母列的MD5雜湊:

MD5("The quick brown fox jumps over the lazy dog")
= 9e107d9d372bb6826bd81d3542a419d6

即使在原文中作一個小變化(比如用c取代d)其雜湊也會發生巨大的變化:

MD5("The quick brown fox jumps over the lazy cog")
= 1055d3e698d289f2af8663725127bd4b

空文的雜湊為:

MD5("")
= d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e

缺陷[編輯]

2009年,中國科學院的謝濤和馮登國僅用了220.96的碰撞演算法複雜度,破解了MD5的碰撞抵抗,該攻擊在普通電腦上執行只需要數秒鐘[3]。2011年,RFC 6151 禁止MD5用作金鑰雜湊訊息鑑別碼

參見[編輯]

參考文獻[編輯]

  1. ^ RFC 1321, section 3.4, "Step 4. Process Message in 16-Word Blocks", page 5.
  2. ^ 梁斌. 第3章“搜索引擎的下载系统”第4节“网页抓取原理”. 走进搜索引擎. 孫學瑛 (責任編輯) 第1版. 電子工業出版社. 2007年10月: 51. ISBN 978-7-121-04922-4 (中文(中國大陸)‎). 
  3. ^ Tao Xie and Dengguo Feng. How To Find Weak Input Differences For MD5 Collision Attacks (PDF). 30 May 2009 [2010-09-21]. (原始內容存檔 (PDF)於2012-05-05). 

外部連結[編輯]