對於軟體研發人員來說 MD5 不是一個陌生的詞彙，平時的軟體研發中，經常使用 MD5 校驗訊息是否被篡改、驗證檔案完整性，甚至將MD5當作加密演算法使用。
MD5雖不陌生，但不是所有研發人員都瞭解其演算法原理，通過這篇文章詳細學習MD5 摘要演算法。
- 認識 MD5
- 掌握 MD5 演算法原理
- 編碼實現 MD5 摘要演算法
使用Java開發語言 編碼實現MD5摘要演算法。
一、認識MD5
MD5（Message Digest Algorithm 5）中文名為訊息摘要演算法第五版，是電腦保安領域廣泛使用的一種雜湊函式，用以提供訊息的完整性保護。
MD5作為一種常用的摘要演算法（或指紋演算法），其具有以下幾個重要的特點（個人觀點）：
- 輸入任意長度資訊，輸出長度固定：
MD5 可輸入任意長度的資訊，其輸出均為128位(bit)固定長度的二進位制資料。 - 運算速度快：
MD5的運算均為32位 與、或、非、位移等位運算，因此其運算速率快，幾乎不消耗CPU時間。 - 不可逆：
根據MD5的的雜湊結果，無法計算出原始資料（查字典除外）。 - 碰撞性：
原始資料與其MD5雜湊結果並非一一對應，存在多個原始資料的MD5結果相同的可能性。 - 不安全：
2011年，RFC 6151 禁止MD5用作金鑰雜湊訊息認證碼。
1.1 長度
日常軟體研發中 MD5計算結果一般為長度為32的字串，偶爾也會遇到長度為16的字串。那麼，MD5到底是多長的字串？
MD5雜湊結果是128位(bit)固定長度的二進位制資料，也就是128個0/1的二進資料。
用128位二進位制資料呈現MD5的雜湊結果，對於軟體開發者很不友好。
一般將二進位制轉成16進位制，每4個二進位制資料轉化為一個16進位制資料，128位二進位制資料轉化為32個十六進位制資料（128/4 = 32），最終以字串形式呈現十六進位制資料後則為長度為32的字串。
8位二進位制資料，轉化為2個十六進位制資料舉例如下：
// 8位二進位制 ——> 2個十六進位制資料
// 二進位制資料
0100 0101
// 對應的 十六制資料
4 5
為什麼網上還有16位MD5雜湊結果呢？
這裡以 Message Digest Algorithm 作為原始資料，分別計算其32位與16位的雜湊結果：
// 32位雜湊結果
MD5(Message Digest Algorithm,32) = e4b0190b2fadc0adbe54471ffd79a729
// 16位雜湊結果
MD5(Message Digest Algorithm,16) = 2fadc0adbe54471f
仔細觀察以上兩個雜湊結果，發現其中間部分完全相同均為2fadc0adbe54471f。
因此猜測16位長度的雜湊結果為：32位雜湊結果去掉前八位、後八位得到的。
1.2 用途
平時的軟體研發中經常使用MD5校驗訊息是否被篡改、驗證檔案完整性。
- 驗證是否被篡改：
比如，上傳下載檔案。
資料的 傳送方 將原始資料生成MD5摘要，然後把 原始資料 與其 MD5摘要一起傳送給 接收方；
接收方收到資料後，先將原始資料用MD5演算法生成摘要資訊，然後再將此摘要資訊與傳送方發過來的摘要資訊進行比較，如果一致就認為原始資料沒有被修改、或者損壞。 - 防止抵賴：
例如A寫了一個檔案，某認證機構對此檔案用MD5演算法產生摘要資訊並做好記錄。
若以後A說這檔案不是他寫的，權威機構只需對此檔案重新產生摘要資訊，然後跟記錄在冊的摘要資訊進行比對，若摘要資訊相同，則證明為A寫的檔案。
1.3 不安全
2011年，RFC 6151 禁止MD5用作金鑰雜湊訊息認證碼。
- MD5不安全主要指的是，
不可再用MD5對原始祕鑰進行加密：
比如：將使用者的登入祕鑰進行MD5加密後，儲存於資料庫中。
MD5雖然理論上不可逆，但有些黑客網站通過查字典方式獲取MD5原文資訊。
提前將一些比較常見的密文做MD5運算，將結果儲存下來，破譯密文時，通過MD5摘要資訊直接查詢原文。
比如：字串123的MD5值是 202cb962ac59075b964b07152d234b70 ，黑客在破解後的資料庫中看到某位使用者的密碼是 202cb962ac59075b964b07152d234b70 ，通過字典一查就知道密碼明文是 123 了。 - MD5的碰撞性，決定了存在兩個不用的輸入資訊，其MD5相同的可能。
2009年，中國科學院的謝濤和馮登國僅用了 2的20.96次冪 的碰撞演算法複雜度，破解了MD5的碰撞抵抗，該攻擊在普通計算機上執行只需要數秒鐘。
二、演算法原理
MD5 摘要演算法大概計算過程可以描述如下：
MD5 將 “輸入資訊” 分為N*512bit的資料分組；
每一512bit分組又分為16個子分組，每個子分組為32bit的原始資料；
16個子分組分別命名為 M0~M15；
每個子分組都要進行4次運算，運算公式分別為FF、GG、HH、II；
總的運算次數為N*16*4（運算均為位運算）。
“輸入資訊” 分組計算情況如下圖所示：
以上為MD5 摘要演算法的大概原理總結，下邊按照 rfc1321 中演算法的介紹順序，梳理MD5 摘要演算法：
- 填充資料
填充資料，使輸入資料 % 512 = 448 - 填充長度資訊
補充 “輸入資訊” 位長 (Bits Length)資訊，佔用空間64位 - 初始化A、B、C、D 四個資料
初始化 A、B、C、D 四個資料，用於後續的分組計算 - 分組資料運算
512bit分組資料，需進行16 * 4 = 64次運算 - 結果累加
2.1 填充資料
首先需要對 “輸入資訊” 進行填充，使其位長對512求餘的結果為448（填充必須進行，即使其位長對512求餘的結果等於448）。
填充資料的方式：
在 “輸入資訊” 的後面填充一個1和無數個0，直到滿足上面的條件時才停止資訊填充。
填充後的 “輸入資訊” 其位長 (Bits Length) 將擴充套件到：
N*512+448 ( N>=0 )
2.2 補充長度資訊
用64bit記錄 “輸入資訊” 的位長 (Bits Length)，把64位長度二進位制資料補在最後。
經過此步驟後，其位長 (Bits Length) 將擴充套件到：
N*512+448+64 = (N+1)*512 ( N>=0 )
2.3 初始化A、B、C、D
這裡需要初始化四個資料 A、B、C、D，這四個變數將用於後續的公式計算。
四個資料均為8個16進位制資料組合，每個16進位制資料為4bit，每個資料佔32bit。
// 每個資料佔空間 32bit
// 四個資料分別為 8個 16進位制資料的組合構成
// 單個16進位制資料佔空間 4bit
A: 01 23 45 67 （16進位制）
B: 89 ab cd ef （16進位制）
C: fe dc ba 98 （16進位制）
D: 76 54 32 10 （16進位制）
將A、B、C、D輸入計算機進行計算時，A、B、C、D將變化為：
A: 0x67452301
B: 0xefcdab89
C: 0x98badcfe
D: 0x10325476
為什麼會變化為 0x67452301、0xefcdab89、0x98badcfe、0x10325476 ？
// A的16進製表示
A: 01 23 45 67 （16進位制）
// A的二進位制表示
A: 00000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 （二進位制）
// 計算機中首先編寫的為低位元組位，當從右向左獲取位元組資料(8位一個位元組)時，最終A將變化為0x67452301
A: 67 45 23 01 （16進位制）
2.4 分組資料運算
上文層提到子分組的運算公式：FF、GG、HH、II ，32bit子分組的運算公式如下：
// FF、GG、HH、II
// <<< 為迴圈左移
FF(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti) 操作為 a = b + ( (a + F(b,c,d) + Mj + ti) <<< s)
GG(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti) 操作為 a = b + ( (a + G(b,c,d) + Mj + ti) <<< s)
HH(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti) 操作為 a = b + ( (a + H(b,c,d) + Mj + ti) <<< s)
II(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti) 操作為 a = b + ( (a + I(b,c,d) + Mj + ti) <<< s)
// F、G、H、I
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) )
- 公式中初始輸入資料a、b、c、d 為A、B、C、D
- Mj 代表32bit子分組資料，每個子分組資料均需要經過 FF、GG、HH、II 四次運算：
512bit原始輸入資料，有16個子分組，每個分組進行4次運算，總共16 * 4 = 64次運算。 - s 常量資料，代表迴圈左移的位數。
- ti 常量；
512bit分組資料，64 次位運算如下（輸入資料為32bit原始資料，輸出為32bit資料）：
// 512bit分組資料，16 * 4 次運算
// 輸入資料為32bit原始資料，輸出為32bit資料
// 第一次運算FF
a = FF(a, b, c, d, M0, 7, 0xd76aa478L);
d = FF(d, a, b, c, M1, 12, 0xe8c7b756L);
c = FF(c, d, a, b, M2, 17, 0x242070dbL);
b = FF(b, c, d, a, M3, 22, 0xc1bdceeeL);
a = FF(a, b, c, d, M4, 7, 0xf57c0fafL);
d = FF(d, a, b, c, M5, 12, 0x4787c62aL);
c = FF(c, d, a, b, M6, 17, 0xa8304613L);
b = FF(b, c, d, a, M7, 22, 0xfd469501L);
a = FF(a, b, c, d, M8, 7, 0x698098d8L);
d = FF(d, a, b, c, M9, 12, 0x8b44f7afL);
c = FF(c, d, a, b, M10, 17, 0xffff5bb1L);
b = FF(b, c, d, a, M11, 22, 0x895cd7beL);
a = FF(a, b, c, d, M12, 7, 0x6b901122L);
d = FF(d, a, b, c, M13, 12, 0xfd987193L);
c = FF(c, d, a, b, M14, 17, 0xa679438eL);
b = FF(b, c, d, a, M15, 22, 0x49b40821L);
// 第二輪運算GG
a = GG(a, b, c, d, M1, 5, 0xf61e2562L);
d = GG(d, a, b, c, M6, 9, 0xc040b340L);
c = GG(c, d, a, b, M11, 14, 0x265e5a51L);
b = GG(b, c, d, a, M0, 20, 0xe9b6c7aaL);
a = GG(a, b, c, d, M5, 5, 0xd62f105dL);
d = GG(d, a, b, c, M10, 9, 0x2441453L);
c = GG(c, d, a, b, M15, 14, 0xd8a1e681L);
b = GG(b, c, d, a, M4, 20, 0xe7d3fbc8L);
a = GG(a, b, c, d, M9, 5, 0x21e1cde6L);
d = GG(d, a, b, c, M14, 9, 0xc33707d6L);
c = GG(c, d, a, b, M3, 14, 0xf4d50d87L);
b = GG(b, c, d, a, M8, 20, 0x455a14edL);
a = GG(a, b, c, d, M13, 5, 0xa9e3e905L);
d = GG(d, a, b, c, M2, 9, 0xfcefa3f8L);
c = GG(c, d, a, b, M7, 14, 0x676f02d9L);
b = GG(b, c, d, a, M12, 20, 0x8d2a4c8aL);
// 第三輪運算HH
a = HH(a, b, c, d, M5, 4, 0xfffa3942L);
d = HH(d, a, b, c, M8, 11, 0x8771f681L);
c = HH(c, d, a, b, M11, 16, 0x6d9d6122L);
b = HH(b, c, d, a, M14, 23, 0xfde5380cL);
a = HH(a, b, c, d, M1, 4, 0xa4beea44L);
d = HH(d, a, b, c, M4, 11, 0x4bdecfa9L);
c = HH(c, d, a, b, M7, 16, 0xf6bb4b60L);
b = HH(b, c, d, a, M10, 23, 0xbebfbc70L);
a = HH(a, b, c, d, M13, 4, 0x289b7ec6L);
d = HH(d, a, b, c, M0, 11, 0xeaa127faL);
c = HH(c, d, a, b, M3, 16, 0xd4ef3085L);
b = HH(b, c, d, a, M6, 23, 0x4881d05L);
a = HH(a, b, c, d, M9, 4, 0xd9d4d039L);
d = HH(d, a, b, c, M12, 11, 0xe6db99e5L);
c = HH(c, d, a, b, M15, 16, 0x1fa27cf8L);
b = HH(b, c, d, a, M2, 23, 0xc4ac5665L);
// 第四輪運算II
a = II(a, b, c, d, M0, 6, 0xf4292244L);
d = II(d, a, b, c, M7, 10, 0x432aff97L);
c = II(c, d, a, b, M14, 15, 0xab9423a7L);
b = II(b, c, d, a, M5, 21, 0xfc93a039L);
a = II(a, b, c, d, M12, 6, 0x655b59c3L);
d = II(d, a, b, c, M3, 10, 0x8f0ccc92L);
c = II(c, d, a, b, M10, 15, 0xffeff47dL);
b = II(b, c, d, a, M1, 21, 0x85845dd1L);
a = II(a, b, c, d, M8, 6, 0x6fa87e4fL);
d = II(d, a, b, c, M15, 10, 0xfe2ce6e0L);
c = II(c, d, a, b, M6, 15, 0xa3014314L);
b = II(b, c, d, a, M13, 21, 0x4e0811a1L);
a = II(a, b, c, d, M4, 6, 0xf7537e82L);
d = II(d, a, b, c, M11, 10, 0xbd3af235L);
c = II(c, d, a, b, M2, 15, 0x2ad7d2bbL);
b = II(b, c, d, a, M9, 21, 0xeb86d391L);
2.5 結果累加
若A、B、C、D為變數，並且A、B、C、D的初始化資訊為 A: 0x67452301；B: 0xefcdab89；C: 0x98badcfe；D: 0x10325476 ，每一512bit分組的運算結果為a、b、c、d。則第N個512bit組的計算結果為：
// a、b、c、d 為每一512bit分組的運算結果；
// A、B、C、D 是下一組計算的輸入引數；
// 若無下一個512bit分組 A、B、C、D 則為最終計算結果；
A = a + A;
B = b + B;
C = c + C;
D = d + D;
三、編碼實現 MD5 摘要演算法
網上找到一個用Java編碼實現MD5摘要演算法的案例，我從頭到尾加了詳細的註釋。因此對於程式碼實現，朋友們可以結合註釋讀程式碼，打日誌進行MD5摘要演算法分析、學習。
/**
* Java 實現MD5摘要演算法：
* 基本每一行我都加了註釋，因此不再對程式碼進行詳細介紹，
* 如有疑問，可聯絡：xiaxveliang@163.com
*/
public class MD5Hash {
/**
* RFC1321中定義的標準4*4矩陣的常量:迴圈位移常量資料 s
*/
static final int S11 = 7, S12 = 12, S13 = 17, S14 = 22;
static final int S21 = 5, S22 = 9, S23 = 14, S24 = 20;
static final int S31 = 4, S32 = 11, S33 = 16, S34 = 23;
static final int S41 = 6, S42 = 10, S43 = 15, S44 = 21;
/**
* 填充資料 1000 0000 0000 ...
* 長度：64*8 = 512bit
* 注：-128為1000 0000
*/
static final byte[] PADDING =
{
-128, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
};
/**
* a、b、c、d 四個變數
*/
private long[] abcd = new long[4];
/**
* 512位元組分組資料緩衝 64*8=512bit
*/
private byte[] buffer512Bit = new byte[64];
// 輸入資料的位長資訊（64bit）
private long[] inputBitCount = new long[2];
/**
* MD5計算結果
*/
// MD5計算結果：16 * 8bit = 128bit
public byte[] md5ByteArray = new byte[16];
// MD5計算結果：字串表示的MD5計算結果
public String md5ResultStr;
/**
* 呼叫其可對任意字串進行加密運算，並以字串形式返回加密結果。
*
* @param inputStr 輸入字串
* @return 輸入md5計算結果
*/
public String getMD5(String inputStr) {
// 資料初始化A、B、C、D
md5Init();
// 呼叫MD5的主計算過程
md5Update(inputStr.getBytes(), inputStr.length());
// 輸出結果到digest陣列中
md5Final();
// 轉化為16進位制字串
for (int i = 0; i < 16; i++) {
md5ResultStr += byte2HEX(md5ByteArray[i]);
}
return md5ResultStr;
}
// #######################################################
/**
* 構造方法：初始化MD5核心變數
*/
public MD5Hash() {
md5Init();
}
/**
* 初始化MD5核心變數
*/
private void md5Init() {
// 定義state為RFC1321中定義的標準幻數
abcd[0] = 0x67452301L;
abcd[1] = 0xefcdab89L;
abcd[2] = 0x98badcfeL;
abcd[3] = 0x10325476L;
// 初始化 輸入資料的位長資訊
inputBitCount[0] = inputBitCount[1] = 0L;
// MD5計算結果：初始化digest陣列元素為0
for (int i = 0; i < 16; i++) {
md5ByteArray[i] = 0;
}
// MD5計算結果：初始化resultStr
md5ResultStr = "";
}
/**
* MD5的主計算過程:
*
* @param inputByte 輸入資料位元組流
* @param inputByteLen 輸入資料位元組長度
*/
private void md5Update(byte[] inputByte, int inputByteLen) {
int i, index, partLen;
// 分配64個位元組分組緩衝區：64*8bit = 512bit
byte[] blockByteArray = new byte[64];
// 新增inputByte資訊前輸入資訊 位元組長度（取低6位）
index = (int) (inputBitCount[0] >>> 3) & 0x3F;
System.out.println("index: " + index);
// 新增inputByteLen資訊後，最新的輸入資訊 位長
// (inputByteLen << 3) = (inputByteLen * 8) 為輸入資料位長（bit length）
if ((inputBitCount[0] += (inputByteLen << 3)) < (inputByteLen << 3)) {
inputBitCount[1]++;
}
// 0
inputBitCount[1] += (inputByteLen >>> 29);
// 差多少滿512bit（64位元組）
partLen = 64 - index;
if (inputByteLen >= partLen) {
// 拷貝 partLen 位元組資料
// 資料運算
md5Memcpy(buffer512Bit, inputByte, index, 0, partLen);
md5Transform(buffer512Bit);
//
for (i = partLen; i + 63 < inputByteLen; i += 64) {
// 拷貝64位元組資料
// 資料運算
md5Memcpy(blockByteArray, inputByte, 0, i, 64);
md5Transform(blockByteArray);
}
index = 0;
} else {
i = 0;
}
// 拷貝64位元組資料
md5Memcpy(buffer512Bit, inputByte, index, i, inputByteLen - i);
}
/**
* 整理和填寫輸出結果，結果放到陣列digest中。
*/
private void md5Final() {
/**
* 64位輸入資料的位長資訊（bit length）
* 陣列中：低位在前，高位在後
*/
// 8個位元組 快取空間 8 * 8bit = 64bit
byte[] bits = new byte[8];
longArray2ByteArray(bits, inputBitCount, 8);
// 輸入資訊的位元組數byte length
int index = (int) (inputBitCount[0] >>> 3) & 0x3f;
// 輸入資訊的位長<448,補充到448；輸入資訊的位長>=448,補充到（512+448）= 960，960/8=120位元組
// (56 * 8bit = 448bit)
int padLen = (index < 56) ? (56 - index) : (120 - index);
/**
* 資料填充： N * 512 + 448
*/
md5Update(PADDING, padLen);
/**
* 1、資料填充： N * 512 + 448 + 64
* 2、計算最後一個分組資料
*/
md5Update(bits, 8);
/**
* 根據a、b、c、d 得到最終的 md5ByteArray 資料結果
* 陣列結果中（低位在前，高位在後）
*/
longArray2ByteArray(md5ByteArray, abcd, 16);
}
/**
* MD5核心變換計算程式: 由md5Update函式呼叫，block是分塊的原始位元組陣列
*
* @param blockByteArray 512bit分組資料，分為16個子分組，每個分組32bit資料
*/
private void md5Transform(byte blockByteArray[]) {
// 初始化a、b、c、d
long a = abcd[0], b = abcd[1], c = abcd[2], d = abcd[3];
// 512bit分成16個子分組,每個分組32bit
// 16 * 32bit = 512bit
long[] M32 = new long[16];
byteArray2LongArray(M32, blockByteArray, 64);
// 進行4級級聯運算
// 第1級
a = FF(a, b, c, d, M32[0], S11, 0xd76aa478L); /* 1 */
d = FF(d, a, b, c, M32[1], S12, 0xe8c7b756L); /* 2 */
c = FF(c, d, a, b, M32[2], S13, 0x242070dbL); /* 3 */
b = FF(b, c, d, a, M32[3], S14, 0xc1bdceeeL); /* 4 */
a = FF(a, b, c, d, M32[4], S11, 0xf57c0fafL); /* 5 */
d = FF(d, a, b, c, M32[5], S12, 0x4787c62aL); /* 6 */
c = FF(c, d, a, b, M32[6], S13, 0xa8304613L); /* 7 */
b = FF(b, c, d, a, M32[7], S14, 0xfd469501L); /* 8 */
a = FF(a, b, c, d, M32[8], S11, 0x698098d8L); /* 9 */
d = FF(d, a, b, c, M32[9], S12, 0x8b44f7afL); /* 10 */
c = FF(c, d, a, b, M32[10], S13, 0xffff5bb1L); /* 11 */
b = FF(b, c, d, a, M32[11], S14, 0x895cd7beL); /* 12 */
a = FF(a, b, c, d, M32[12], S11, 0x6b901122L); /* 13 */
d = FF(d, a, b, c, M32[13], S12, 0xfd987193L); /* 14 */
c = FF(c, d, a, b, M32[14], S13, 0xa679438eL); /* 15 */
b = FF(b, c, d, a, M32[15], S14, 0x49b40821L); /* 16 */
// 第2級
a = GG(a, b, c, d, M32[1], S21, 0xf61e2562L); /* 17 */
d = GG(d, a, b, c, M32[6], S22, 0xc040b340L); /* 18 */
c = GG(c, d, a, b, M32[11], S23, 0x265e5a51L); /* 19 */
b = GG(b, c, d, a, M32[0], S24, 0xe9b6c7aaL); /* 20 */
a = GG(a, b, c, d, M32[5], S21, 0xd62f105dL); /* 21 */
d = GG(d, a, b, c, M32[10], S22, 0x2441453L); /* 22 */
c = GG(c, d, a, b, M32[15], S23, 0xd8a1e681L); /* 23 */
b = GG(b, c, d, a, M32[4], S24, 0xe7d3fbc8L); /* 24 */
a = GG(a, b, c, d, M32[9], S21, 0x21e1cde6L); /* 25 */
d = GG(d, a, b, c, M32[14], S22, 0xc33707d6L); /* 26 */
c = GG(c, d, a, b, M32[3], S23, 0xf4d50d87L); /* 27 */
b = GG(b, c, d, a, M32[8], S24, 0x455a14edL); /* 28 */
a = GG(a, b, c, d, M32[13], S21, 0xa9e3e905L); /* 29 */
d = GG(d, a, b, c, M32[2], S22, 0xfcefa3f8L); /* 30 */
c = GG(c, d, a, b, M32[7], S23, 0x676f02d9L); /* 31 */
b = GG(b, c, d, a, M32[12], S24, 0x8d2a4c8aL); /* 32 */
// 第3級
a = HH(a, b, c, d, M32[5], S31, 0xfffa3942L); /* 33 */
d = HH(d, a, b, c, M32[8], S32, 0x8771f681L); /* 34 */
c = HH(c, d, a, b, M32[11], S33, 0x6d9d6122L); /* 35 */
b = HH(b, c, d, a, M32[14], S34, 0xfde5380cL); /* 36 */
a = HH(a, b, c, d, M32[1], S31, 0xa4beea44L); /* 37 */
d = HH(d, a, b, c, M32[4], S32, 0x4bdecfa9L); /* 38 */
c = HH(c, d, a, b, M32[7], S33, 0xf6bb4b60L); /* 39 */
b = HH(b, c, d, a, M32[10], S34, 0xbebfbc70L); /* 40 */
a = HH(a, b, c, d, M32[13], S31, 0x289b7ec6L); /* 41 */
d = HH(d, a, b, c, M32[0], S32, 0xeaa127faL); /* 42 */
c = HH(c, d, a, b, M32[3], S33, 0xd4ef3085L); /* 43 */
b = HH(b, c, d, a, M32[6], S34, 0x4881d05L); /* 44 */
a = HH(a, b, c, d, M32[9], S31, 0xd9d4d039L); /* 45 */
d = HH(d, a, b, c, M32[12], S32, 0xe6db99e5L); /* 46 */
c = HH(c, d, a, b, M32[15], S33, 0x1fa27cf8L); /* 47 */
b = HH(b, c, d, a, M32[2], S34, 0xc4ac5665L); /* 48 */
// 第4級
a = II(a, b, c, d, M32[0], S41, 0xf4292244L); /* 49 */
d = II(d, a, b, c, M32[7], S42, 0x432aff97L); /* 50 */
c = II(c, d, a, b, M32[14], S43, 0xab9423a7L); /* 51 */
b = II(b, c, d, a, M32[5], S44, 0xfc93a039L); /* 52 */
a = II(a, b, c, d, M32[12], S41, 0x655b59c3L); /* 53 */
d = II(d, a, b, c, M32[3], S42, 0x8f0ccc92L); /* 54 */
c = II(c, d, a, b, M32[10], S43, 0xffeff47dL); /* 55 */
b = II(b, c, d, a, M32[1], S44, 0x85845dd1L); /* 56 */
a = II(a, b, c, d, M32[8], S41, 0x6fa87e4fL); /* 57 */
d = II(d, a, b, c, M32[15], S42, 0xfe2ce6e0L); /* 58 */
c = II(c, d, a, b, M32[6], S43, 0xa3014314L); /* 59 */
b = II(b, c, d, a, M32[13], S44, 0x4e0811a1L); /* 60 */
a = II(a, b, c, d, M32[4], S41, 0xf7537e82L); /* 61 */
d = II(d, a, b, c, M32[11], S42, 0xbd3af235L); /* 62 */
c = II(c, d, a, b, M32[2], S43, 0x2ad7d2bbL); /* 63 */
b = II(b, c, d, a, M32[9], S44, 0xeb86d391L); /* 64 */
//分別累加到 a[0], b[1], c[2], d[3]
abcd[0] += a;
abcd[1] += b;
abcd[2] += c;
abcd[3] += d;
}
// #######################################################
//定義F G H I 為4個基數 ，即為4個基本的MD5函式,進行簡單的位運算
private long F(long x, long y, long z) {
return (x & y) | ((~x) & z);
}
private long G(long x, long y, long z) {
return (x & z) | (y & (~z));
}
private long H(long x, long y, long z) {
return x ^ y ^ z;
}
private long I(long x, long y, long z) {
return y ^ (x | (~z));
}
// FF,GG,HH和II呼叫F,G,H,I函式進行進一步變換
private long FF(long a, long b, long c, long d, long x, long s, long ac) {
a += F(b, c, d) + x + ac;
// 迴圈左移s位
//這裡long型資料右移時使用無符號右移運算子>>>
a = ((int) a << s) | ((int) a >>> (32 - s));
a += b;
return a;
}
private long GG(long a, long b, long c, long d, long x, long s, long ac) {
a += G(b, c, d) + x + ac;
// 迴圈左移s位
//這裡long型資料右移時使用無符號右移運算子>>>
a = ((int) a << s) | ((int) a >>> (32 - s));
a += b;
return a;
}
private long HH(long a, long b, long c, long d, long x, long s, long ac) {
a += H(b, c, d) + x + ac;
// 迴圈左移s位
//這裡long型資料右移時使用無符號右移運算子>>>
a = ((int) a << s) | ((int) a >>> (32 - s));
a += b;
return a;
}
private long II(long a, long b, long c, long d, long x, long s, long ac) {
a += I(b, c, d) + x + ac;
// 迴圈左移s位
//這裡long型資料右移時使用無符號右移運算子>>>
a = ((int) a << s) | ((int) a >>> (32 - s));
a += b;
return a;
}
// #######################################################
/**
* byte陣列的塊拷貝函式：將input陣列中的起始位置為inpos，長度len的資料拷貝到output陣列起始位置outpos處
*/
private void md5Memcpy(byte[] output, byte[] input, int outpos, int inpos,
int len) {
int i;
for (i = 0; i < len; i++) {
output[outpos + i] = input[inpos + i];
}
}
// #######################################################
/**
* 把byte型別的資料轉換成十六進位制ASCII字元表示
*
* @param in
* @return
*/
private static String byte2HEX(byte in) {
char[] digitStr =
{
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F'
};
char[] out = new char[2];
out[0] = digitStr[(in >> 4) & 0x0F]; //取高4位
out[1] = digitStr[in & 0x0F]; //取低4位
String s = new String(out);
return s;
}
/**
* 將long型陣列按順序拆成byte型陣列 （低位在前，高位在後）
*
* @param outputByteArray 輸出byte陣列
* @param inputLongArray 輸入long陣列
* @param byteLength outputByteArray位元組陣列的長度
*/
private void longArray2ByteArray(byte[] outputByteArray, long[] inputLongArray, int byteLength) {
int i, j;
for (i = 0, j = 0; j < byteLength; i++, j += 4) {
// 低8位
outputByteArray[j] = (byte) (inputLongArray[i] & 0xffL);
// 中間8位[低]
outputByteArray[j + 1] = (byte) ((inputLongArray[i] >>> 8) & 0xffL);
// 中間8位[高]
outputByteArray[j + 2] = (byte) ((inputLongArray[i] >>> 16) & 0xffL);
// 高8位
outputByteArray[j + 3] = (byte) ((inputLongArray[i] >>> 24) & 0xffL);
}
}
/**
* 將byte型陣列按順序合成long型陣列，長度為len
*
* @param output
* @param input
* @param len
*/
private void byteArray2LongArray(long[] output, byte[] input, int len) {
int i, j;
for (i = 0, j = 0; j < len; i++, j += 4) {
output[i] = byte2Long(input[j])
| (byte2Long(input[j + 1]) << 8)
| (byte2Long(input[j + 2]) << 16)
| (byte2Long(input[j + 3]) << 24);
}
}
/**
* 把byte型資料轉換為無符號long型資料
*
* @param b
* @return
*/
private static long byte2Long(byte b) {
return b > 0 ? b : (b & 0x7F + 128);
}
}
四、MD5 API使用
Java中使用Java API實現MD5的程式碼片段，記錄一下，留著以後 coding 時快速使用：
public static String getMd5(String inputStr) {
String md5Str = "";
// 判空處理
if (inputStr == null || inputStr.equals("")) {
return md5Str;
}
try {
//
// 1、得到長度為16的byte位元組陣列
MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("md5");
md.update(inputStr.getBytes());
byte[] bytes = md.digest();
//
// 2、長度為16的byte位元組陣列，轉化為長度為32的字串
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (byte b : bytes) {
// 轉化為16進位制字串
String hexStr = Integer.toHexString(b & 0xFF);
// 字串長度為1時補0
if (hexStr.length() == 1) {
sb.append("0");
}
sb.append(hexStr);
}
// 得到長度為32的字串
md5Str = sb.toString();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return md5Str;
}
五、參考：
MD5 Message-Digest：
https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc1321
RFC 6151：
https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc6151
維基百科MD5：
https://zh.wikipedia.org/wiki/MD5
MD5演算法原理：
https://www.cnblogs.com/nhdlb/p/12007162.html
MD5演算法：
https://blog.csdn.net/sinat_27933301/article/details/79538169
= THE END =
