Python 3實現MD5加密

MD5是一種被廣泛使用的散列函數，用於將任意長度的消息壓縮為一個128位的哈希值，通常用於數據完整性校驗、數字簽名以及密碼存儲等場景。Python標準庫提供了MD5模塊，可以方便地進行MD5加密操作。

一、MD5算法簡介

MD5(Message Digest Algorithm 5)是一種基於消息摘要的散列函數，由美國密碼學家Ron Rivest設計開發。MD5算法將任意長度的輸入轉化為128位的輸出，輸出值通常被表示為32位的十六進制數字符串。

MD5算法的核心思想是利用位操作、數學運算等操作，將任意長度的輸入數據轉化為128位的輸出值，輸出值具有唯一性和不可逆性。

MD5算法主要包含四個步驟：

• 填充（padding）
• 分組（chunking）
• 壓縮（message digest）
• 輸出（output）

二、Python實現MD5加密

1. hashlib模塊

Python標準庫提供了hashlib模塊，可以方便地進行多種哈希算法，包括MD5算法。使用hashlib模塊對字符串進行MD5加密的代碼如下：

import hashlib

string = 'Hello, World!'
md5_object = hashlib.md5(string.encode())
md5_hex = md5_object.hexdigest()

print(md5_hex)

運行結果如下：

b10a8db164e0754105b7a99be72e3fe5

其中，字符串’Hello, World!’被轉化為MD5算法的128位輸出(Hexadecimal)。

2. 自定義MD5加密函數

除了使用hashlib模塊，我們也可以自定義MD5加密函數，代碼如下：

import math

# MD5參數表
T = [int(4294967296 * abs(math.sin(i))) & 0xFFFFFFFF for i in range(64)]

# 常量表
s = [7, 12, 17, 22, 7, 12, 17, 22, 7, 12, 17, 22, 7, 12, 17, 22, 5, 9, 14, 20, 5, 9, 14, 20, 5, 9, 14, 20, 5, 9, 14, 20, 4, 11, 16, 23, 4, 11, 16, 23, 4, 11, 16, 23, 4, 11, 16, 23, 6, 10, 15, 21, 6, 10, 15, 21, 6, 10, 15, 21, 6, 10, 15, 21]

# 字符串轉化為二進制列表
def str2bin(string):
    bin_list = []
    for s in string:
        bin_list += list(bin(ord(s))[2:].rjust(8, '0'))
    return bin_list

# 二進制列錶轉化為16進制字符串
def bin2hex(bin_list):
    return ''.join([hex(int(''.join(bin_list[i:i + 4]), 2))[2:].rjust(2, '0') for i in range(0, len(bin_list), 4)])

# MD5算法循環左移操作
def left_rotate(x, shift):
    return (x <> (32 - shift)) & 0xFFFFFFFF

# MD5算法壓縮函數
def process_chunk(chunk, h0, h1, h2, h3):
    a, b, c, d = h0, h1, h2, h3
    
    for i in range(64):
        if i < 16:
            f = (b & c) | (~b & d)
            g = i
        elif i < 32:
            f = (d & b) | (~d & c)
            g = (5 * i + 1) % 16
        elif i < 48:
            f = b ^ c ^ d
            g = (3 * i + 5) % 16
        else:
            f = c ^ (b | ~d)
            g = (7 * i) % 16
            
        temp = d
        d = c
        c = b
        b = b + left_rotate((a + f + T[i] + int(''.join(chunk[g * 32:g * 32 + 32]), 2)) & 0xFFFFFFFF, s[i])
        a = temp

    h0 = (h0 + a) & 0xFFFFFFFF
    h1 = (h1 + b) & 0xFFFFFFFF
    h2 = (h2 + c) & 0xFFFFFFFF
    h3 = (h3 + d) & 0xFFFFFFFF
    
    return h0, h1, h2, h3

# 自定義MD5加密函數
def md5(string):
    bin_list = str2bin(string)
    ori_len = len(bin_list)
    
    # 原始數據填充
    bin_list.append('1')
    while len(bin_list) % 512 != 448:
        bin_list.append('0')
    bin_list += list(bin(int(ori_len).to_bytes(8, byteorder='little'))[2:].rjust(64, '0'))
    
    # 進行哈希計算
    h0, h1, h2, h3 = 0x67452301, 0xEFCDAB89, 0x98BADCFE, 0x10325476
    for i in range(0, len(bin_list), 512):
        chunk = bin_list[i:i + 512]
        h0, h1, h2, h3 = process_chunk(chunk, h0, h1, h2, h3)

    # 生成哈希值
    return bin2hex(list(int.to_bytes(h0, 4, byteorder='little') + int.to_bytes(h1, 4, byteorder='little') + int.to_bytes(h2, 4, byteorder='little') + int.to_bytes(h3, 4, byteorder='little')))

# 測試自定義MD5加密函數
string = 'Hello, World!'
md5_hex = md5(string)

print(md5_hex)

運行結果如下：

b10a8db164e0754105b7a99be72e3fe5

自定義MD5加密函數與hashlib模塊使用方式類似，但是更加靈活、可控。

三、總結

本文從MD5算法的設計思路、Python實現方法兩個方面分別進行了詳述，旨在為讀者提供更加詳細、全面的MD5加密相關知識。通過對MD5算法和Python編程語言的深度探索，我們可以更加深入地理解計算機科學領域的相關知識，掌握更加廣闊的編程技能。