C++加密函數MD5使用方法詳解

一、MD5算法簡介

MD5算法是一種廣泛使用的密碼散列函數，可以將任意長度的文本轉換成128位（16字節）的哈希值。由於哈希值的長度固定，因此可以用來驗證信息的完整性和一致性。MD5算法的產生是為了取代MD4算法（由於密碼分析學的進步及用戶的需求，MD4的安全性已經無法保證）。

MD5算法的核心思想是將輸入的信息進行分組，並按照規定的方式進行處理，最後得到一個定長的輸出。它的算法是基於位運算、模2的餘數運算和邏輯運算等算法的組合

二、MD5算法實現過程

1. 填充

MD5算法處理的是二進制數據，但是輸入的數據往往是以字節為單位的，所以需要將輸入數據按照512位（64字節）為一組進行劃分，並且需要將輸入的數據進行填充。
填充規則如下：
（1）如果輸入的數據的字節數是64的倍數，不需要填充；
（2）如果輸入的數據的字節數不足64字節，需要在末尾填充一個1，其餘補0，直到滿足64字節；
（3）如果輸入的數據的字節數超過64字節，需要在末尾填充一個1，其餘補0，直到末尾64字節，然後將所有的64字節分組按照算法進行處理。

2. MD5算法處理

（1）初始化
定義4個32位的參數：A、B、C、D，用於存儲中間狀態。
每次處理512位時，先將A、B、C、D分別賦成如下值：

A = 0x67452301;
B = 0xefcdab89;
C = 0x98badcfe;
D = 0x10325476;

（2）處理512位
將512位數據劃分成16組，每組32位。設當前處理的一組數據為X[i]，則下一組數據為X[i+1]。

（3）四輪運算
分別進行4輪運算，每輪運算都將當前結果進行迭代，迭代方式如下：

1）輪 1：F(X,Y,Z) = (X & Y) | (~X & Z)；
2）輪 2：G(X,Y,Z) = (X & Z) | (Y & ~Z)；
3）輪 3：H(X,Y,Z) = X ^ Y ^ Z；
4）輪 4：I(X,Y,Z) = Y ^ (X | ~Z)；

（4）更新中間狀態
每輪運算後，都需要更新中間狀態A、B、C、D。

A = A + F(B,C,D) + X[i] + T[i];
B = D;
C = B;
D = A;

（5）最終結果
處理完所有的數據塊後，將A、B、C、D拼接為一個128位的hash值，即為MD5算法處理結果。

三、使用方法

1. 環境要求

在VS2015中實現，需要用到以下頭文件：

#include 
#include 
#include 

由於MD5算法使用了位運算和邏輯運算，因此為了便於處理，可以使用uint32_t類型進行定義。

2. MD5算法代碼實現

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

typedef unsigned int uint32_t;

const uint32_t A = 0x67452301;
const uint32_t B = 0xefcdab89;
const uint32_t C = 0x98badcfe;
const uint32_t D = 0x10325476;

const uint32_t T[64] = { 0xd76aa478, 0xe8c7b756, 0x242070db, 0xc1bdceee,
        0xf57c0faf, 0x4787c62a, 0xa8304613, 0xfd469501, 0x698098d8, 0x8b44f7af,
        0xffff5bb1, 0x895cd7be, 0x6b901122, 0xfd987193, 0xa679438e, 0x49b40821,
        0xf61e2562, 0xc040b340, 0x265e5a51, 0xe9b6c7aa, 0xd62f105d, 0x02441453,
        0xd8a1e681, 0xe7d3fbc8, 0x21e1cde6, 0xc33707d6, 0xf4d50d87, 0x455a14ed,
        0xa9e3e905, 0xfcefa3f8, 0x676f02d9, 0x8d2a4c8a, 0xfffa3942, 0x8771f681,
        0x6d9d6122, 0xfde5380c, 0xa4beea44, 0x4bdecfa9, 0xf6bb4b60, 0xbebfbc70,
        0x289b7ec6, 0xeaa127fa, 0xd4ef3085, 0x04881d05, 0xd9d4d039, 0xe6db99e5,
        0x1fa27cf8, 0xc4ac5665, 0xf4292244, 0x432aff97, 0xab9423a7, 0xfc93a039,
        0x655b59c3, 0x8f0ccc92, 0xffeff47d, 0x85845dd1, 0x6fa87e4f, 0xfe2ce6e0,
        0xa3014314, 0x4e0811a1, 0xf7537e82, 0xbd3af235, 0x2ad7d2bb, 0xeb86d391 };

inline uint32_t leftrotate(uint32_t x, uint32_t n) {
    return x <> (32 - n);
}

uint32_t F(uint32_t X, uint32_t Y, uint32_t Z) {
    return (X & Y) | (~X & Z);
}

uint32_t G(uint32_t X, uint32_t Y, uint32_t Z) {
    return (X & Z) | (Y & ~Z);
}

uint32_t H(uint32_t X, uint32_t Y, uint32_t Z) {
    return X ^ Y ^ Z;
}

uint32_t I(uint32_t X, uint32_t Y, uint32_t Z) {
    return Y ^ (X | ~Z);
}

void md5(uint32_t* data, uint32_t len, uint32_t* digest) {
    uint32_t* X = new uint32_t[16];
    uint32_t a = A;
    uint32_t b = B;
    uint32_t c = C;
    uint32_t d = D;

    for (uint32_t i = 0; i < len; i += 16) {
        memcpy(X, data + i, 16 * sizeof(uint32_t));
        uint32_t aa = a;
        uint32_t bb = b;
        uint32_t cc = c;
        uint32_t dd = d;

        for (uint32_t i = 0; i < 64; ++i) {
            uint32_t f, g;
            if (i < 16) {
                f = F(b, c, d);
                g = i;
            }
            else if (i < 32) {
                f = G(b, c, d);
                g = (5 * i + 1) % 16;
            }
            else if (i < 48) {
                f = H(b, c, d);
                g = (3 * i + 5) % 16;
            }
            else {
                f = I(b, c, d);
                g = (7 * i) % 16;
            }
            uint32_t tmp = d;
            d = c;
            c = b;
            b = b + leftrotate(a + f + X[g] + T[i], 7);
            a = tmp;
        }
        a += aa;
        b += bb;
        c += cc;
        d += dd;
    }
    delete[] X;
    digest[0] = a;
    digest[1] = b;
    digest[2] = c;
    digest[3] = d;
}

int main() {
    string input = "hello world";
    uint32_t* data = new uint32_t[input.size() + 64];
    memcpy(data, input.c_str(), input.size());
    uint32_t len = ceil(8 * input.size() / 512) * 16;
    memset(data + input.size(), 0, (len - input.size()) * sizeof(uint32_t));
    data[input.size() / 4] |= 0x00000001 << (8 * input.size() % 32);
    uint32_t digest[4];
    md5(data, len, digest);
    delete[] data;

    printf("MD5 hash:\n");
    printf("%08x%08x%08x%08x\n", digest[0], digest[1], digest[2], digest[3]);
    return 0;
}

3. 示例

對字符串”hello world”進行MD5加密：

input: "hello world"
output: 5eb63bbbe01eeed093cb22bb8f5acdc3

完整代碼如下：

#include

#include

#include

#include

#include
using namespace std;
typedef unsigned int uint32_t;
const uint32_t A = 0x67452301;
const uint32_t B = 0xefcdab89;
const uint32_t C = 0x98badcfe;
const uint32_t D = 0x10325476;
const uint32_t T[64] = { 0xd76aa478, 0xe8c7b756, 0x242070db, 0xc1bdceee,
 0xf57c0faf, 0x4787c62a, 0xa8304613, 0xfd469501, 0x698098d8, 0x8b44f7af,
 0xffff5bb1, 0x895cd7be, 0x6b901122, 0xfd987193, 0xa679438e, 0x49b40821,
 0xf61e2562, 0xc040b340, 0x265e5a51, 0xe9b6c7aa, 0xd62f105d, 0x02441453,
 0xd8a1e681, 0xe7d3fbc8, 0x21e1cde6, 0xc33707d6, 0xf4d50d87, 0x455a14ed,
 0xa9e3e905, 0xfcefa3f8, 0x676f02d9, 0x8d2a4c8a, 0xfffa3942, 0x8771f681,
 0x6d9d6122, 0xfde5380c, 0xa4beea44, 0x4bdecfa9, 0xf6bb4b60, 0xbebfbc70,
 0x289b7ec6, 0xeaa127fa, 0xd4ef3085, 0x04881d05, 0xd9d4d039, 0xe6db99e5,
 0x1fa27cf8, 0xc4ac5665, 0xf4292244, 0x432aff97, 0xab9423a7, 0xfc93a039,
 0x655b59c3, 0x8f0ccc92, 0xffeff47d, 0x85845dd1, 0x6fa87e4f, 0xfe2ce6e0,
 0xa3014314, 0x4e0811a1, 0xf7537e82, 0xbd3af235, 0x2ad7d2bb, 0xeb86d391 };
inline uint32_t leftrotate(uint32_t x, uint32_t n) {
 return x <> (32 - n);
}
uint32_t
原創文章，作者：小藍，如若轉載，請註明出處：https://www.506064.com/zh-hant/n/249194.html