论文摘要：在信息加密中，采用报文摘要的方法不但可以节省加密时间，还可以节省报文传输和存储的开销。在目前提出多种报文摘要中，应用最广的就是MD5。本文针对MD5报文摘要算法进行了深入研究，分析了算法的安全性，通过程序开发对算法进行了实现，总结了MD5加密算法的应用。
论文关键词：信息加密,报文摘要
1.引言
在信息加密中，采用报文摘要的方法不但可以节省加密时间，还可以节省报文传输和存储的开销。目前，提出的多种报文摘要中，应用最广的一种就是MD5加密算法。MD5算法的全称为Message-DigestAlgorithm5（信息-摘要算法），是90年代初由RonRivest设计的一种单向哈希函数，经MD2、MD3和MD4发展而来。其作用是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密匙之前被'压缩'成一种保密的格式，即把一个任意长度的字节串变换成一定长的大整数，输入是任意长度的信息，输出是128位消息摘要（Message-Digest），以一种充分复杂的方式将各比特打乱，每个输出比特都受每一个输入比特的影响。
本文针对MD5报文摘要算法进行了深入研究，分析了算法的安全性，通过程序开发对算法进行了实现，并总结了MD5加密算法的应用。
2.算法的描述
对MD5算法简要的叙述可以为：MD5以512位分组来处理输入的信息，且每一分组又被划分为16个32位子分组，经过了一系列的处理后，算法的输出由四个32位分组组成，将这四个32位分组级联后将生成一个128位散列值，见图1MD5加密算法原理。采用MD5报文摘要算法产生报文摘要的全过程包括以下五个步骤：
①填充，使报文长度为512的倍数减64。对明文输入按512bit分组，填充使其成为512bit的整数倍，且最后一组的后64bit先空出。
②附加长度，将填充前的报文长度写入最后的64比特，总长度N=L×512。填充位数为1~512bit，填充数字图样为（100…0），得Y0,Y1,…YL-1。
③初始化MD缓存，4个32bit的寄存器。每轮输出为128bit，可用下述四个32bit字：A，B，C，D表示，其初始存数以十六进制表示为：（A,B,C,D）,共128bits，其中：
A=01234567；B=89ABCDEF；C=FEDCBA98；D=76543210
④处理每个报文分组：处理每个报文分组(512bits)，算法的核心是4轮循环的压缩函数。其中，Y表示输入的第q组512bit数据，在各轮中参加运算。T[1,2,…64]为64个元素表，分四组参与不同轮的计算。T[i]是232*abs(sine(i))的整数部分，i是弧度。可用32bit二元数表示，T是32bit的随机数源。
⑤输出报文摘要。所有L个512bit的分组处理完之后，第L阶段的输出便是128bit的报文摘要。
图1：MD5报文摘要算法原理
在MD5算法中，首先，需要对信息进行填充，使其字节长度对512求余的结果等于448。因此，信息的字节长度（BitsLength）将被扩展至N*512+448，即N*64+56个字节（Bytes），N为一个正整数。填充的方法为：在信息的后面填充一个1和无数个0，直到满足上面的条件时才停止用0对信息的填充；然后，在在这个结果后面附加一个以64位二进制表示的填充前信息长度；经过这两步的处理，现在的信息字节长度=N*512+448+64=(N+1)*512，即长度恰好是512的整数倍。这样做的原因是为满足后面处理中对信息长度的要求。
MD5主循环有四轮，是四轮运算，各轮逻辑函数不同。每轮又要进行16步迭代运算，四轮共需64步完成。每次操作对A、B、C和D中的其中三个作一次非线性函数运算，然后将所得结果加上第四个变量。再将所得结果向右环移一个不定的数，并加上A、B、C或D中之一。最后，用该结果取代A、B、C或D中之一。以下是每次操作中用到的四个非线性函数（每轮一个），如果X、Y和Z的对应位是独立和均匀的，那么结果的每一位也应是独立和均匀的。F是一个逐位运算的函数。即如果X，那么Y，否则Z。函数H是逐位奇偶操作符。
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))（其中，&是与，|是或，~是非，^是异或）
3.算法的实现
根据MD5算法描述，本文通过程序实现，程序中输入要处理的明文，最终输出只显示16进制的MD5值。要设计算法中应用到的子函数FF（），GG（），HH（），II（）以及他们所要调用到的F（），G（），H（），I（）函数；接下来是四轮循环，每轮16次。执行结果如下：
①将要处理的明文设定为：01234567
程序执行结果为：feeaffffa24b0000fb7c000073f4ffff
②将要处理的明文设定为：abcdefg
程序执行结果为：c1150000659affffbecbffff36430000
③将要处理的明文设定为：11111111
程序执行结果为：152a0000a6deffff121000008a070000
从以上程序的执行结果可以看出，MD5可以把一个任意长度的字节串变换成一定长的大整数，输入是任意长度的信息，输出是128位消息摘要。 1/2 1 2 下一页 尾页 |
