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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 MD, MD2, MD3, MD4, MD5
細節
編碼長度 128位元
結構 Merkle–Damgård construction

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由羅納德·李維斯特設計,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-1。2004年,證實MD5演算法無法防止碰撞(collision),因此無法適用於安全性認證,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,用以確保資料傳遞無誤等。

MD5由MD4MD3MD2改進而來,主要增強演算法複雜度和不可逆性。

目前,MD5演算法因其普遍、穩定、快速的特點,仍廣泛應用於普通資料的錯誤檢查領域。例如在一些BitTorrent下載中,軟體將通過計算MD5檢驗下載到的檔案片段的完整性。

應用[編輯]

MD5已經廣泛使用在為檔案傳輸提供一定的可靠性方面。例如,伺服器預先提供一個MD5校驗和,用戶下載完檔案以後,用MD5演算法計算下載檔案的MD5校驗和,然後通過檢查這兩個校驗和是否一致,就能判斷下載的檔案是否出錯。

MD5亦有應用於部份網上賭場以保證賭博的公平性,原理是系統先在玩家下注前已生成該局的結果,將該結果的字串配合一組隨機字串利用MD5 加密,將該加密字串於玩家下注前便顯示給玩家,再在結果開出後將未加密的字串顯示給玩家,玩家便可利用MD5工具加密驗證該字串是否吻合。

例子: 在玩家下注骰寶前,賭場便先決定該局結果,假設生成的隨機結果為4、5、 6大,賭場便會先利用MD5 加密「4, 5, 6」此字串並於玩家下注前告訴玩家;由於賭場是無法預計玩家會下什麼注,所以便能確保賭場不能作弊;當玩家下注完畢後,賭場便告訴玩家該原始字串,即「4, 5, 6」,玩家便可利用MD5工具加密該字串是否與下注前的加密字串吻合。

該字串一般會加上一組隨機字串(Random string),以防止玩家利用碰撞(Collision)解密字串,但如使用超級電腦利用碰撞亦有可能從加上隨機字串的加密字串中取得遊戲結果。隨機字串的長度與碰撞的次數成正比關係,一般網上賭場使用的隨機字串是長於20字,有些網上賭場的隨機字串更長達500字,以增加解密難度。

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[1]

參見[編輯]

參考文獻[編輯]

  1. ^ Tao Xie and Dengguo Feng. How To Find Weak Input Differences For MD5 Collision Attacks (PDF). 30 May 2009. 

外部連結[編輯]

碰撞[編輯]

工具[編輯]