MD5是什麼？

MD5, Message-Digest Algorithm 5，是一種常用的哈希演算法，用於對任意長度的信息進行加密，最終得到一個128位的密文。它是一種單向加密演算法，即只能用生成的密文進行加密，無法通過逆向推導演算法得到原始信息，因此具有很高的安全性。

一、MD5演算法原理

MD5演算法的核心是四個不同的步驟，包括初始化、填充、處理和輸出。具體步驟如下：

1. 初始化

//定義4個32位寄存器，將它們初始化為某些固定值
var a0 = 0x67452301;
var b0 = 0xefcdab89;
var c0 = 0x98badcfe;
var d0 = 0x10325476;

2. 填充

先將原始信息進行位填充，使得填充後的信息位數是512的整數倍。填充方式如下：

//假設信息長度為L bits，在信息的末尾添加1，然後添加k個0，使得信息長度滿足：
//L + 1 + k ≡ 448 (mod 512)

3. 處理

對填充後的信息進行處理，MD5演算法將原始信息分成若干個512位的塊，每個塊又分成16個32位的小塊。每個小塊進行一定的運算，最終得到4個32位的寄存器。

//MD5演算法處理過程中重複4個基本步驟，對每個512位塊進行如下計算
for (i = 0; i < 64; i++) {
    if (i < 16) {
        f = (b & c) | ((~b) & d);
        g = i;
    } else if (i < 32) {
        f = (d & b) | ((~d) & c);
        g = (5 * i + 1) % 16;
    } else if (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 + leftrotate((a + f + k[i] + words[g]), r[i]);
    a = temp;
}

4. 輸出

將最終得到的四個32位寄存器連接起來，組成128位的密文。

//連接四個32位寄存器，得到128位的密文
var hh = tohex(a) + tohex(b) + tohex(c) + tohex(d);

二、MD5在JavaScript中的實現

在JavaScript中實現MD5演算法，需要在處理中用到一些基本的函數和常量，如下所示：

//位移函數
function leftrotate(x, c) {
    return (x <>> (32 - c));
}

//填充函數
function padding(s) {
    var len = s.length;
    var k = 448 - (len * 8) % 512;

    if (k <= 0) {
        k = 960 - (len * 8) % 512;
    }

    if (k === 1) {
        s += "\u0080";
    } else {
        s += "\u0080";
        while ((s.length * 8) % 512 !== 448) {
            s += "\u0000";
        }
    }

    return s + tobin((len * 8), 64);
}

//轉二進位函數
function tobin(num, length) {
    var str = num.toString(2);
    while (str.length < length) {
        str = "0" + str;
    }
    return str;
}

//轉十六進位函數
function tohex(num) {
    var i;
    var str = "";

    for (i = 0; i >> (i * 8)) & 0xff).toString(16);
    }

    return str;
}

三、MD5的應用

由於MD5演算法具有高強度的加密特性，因此被廣泛應用於信息安全領域，如密碼學、數字簽名、加密通信等。MD5演算法也被常用於數據完整性校驗。

1. 密碼學

在密碼學中，MD5演算法被用於密碼存儲，將用戶的密碼以MD5的形式保存在資料庫中，管理員對明文密碼進行MD5處理後儲存起來。當用戶登錄時，輸入的密碼也會經過MD5處理後與資料庫中的儲存進行比對，從而實現密碼驗證的功能。

2. 數字簽名

數字簽名是證明文件或者電子數據未曾被篡改過的技術，MD5可被用於電子文檔的數字簽名。將文檔以MD5演算法加密後，再將加密後的結果一同發送到接收方。接收方對文檔進行MD5計算，如果結果與發送方加密所得不同，即代表文檔已經被篡改過。

3. 加密通信

利用MD5演算法對通信數據進行哈希加密後，可以實現其安全傳輸。發送方將信息進行哈希加密後，再加上一些額外的信息如隨機數等作為驗證信息，然後將其發送到接收方。接收方進行同樣的處理後將驗證信息發送回來，發送方再進行驗證信息的比對。如果驗證信息相同，即代表通信數據未被篡改。

四、總結

MD5演算法是一種常用的哈希演算法，它被廣泛應用於信息安全領域，如密碼學、數字簽名、加密通信等。MD5演算法在實現過程中需要進行初始化、填充、處理和輸出等步驟，並用到一些基本的函數和常量。雖然MD5演算法曾經被攻破，但目前仍然是一種安全可靠的加密方式。