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MD5

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MD5
概述
设计者罗纳德·李维斯特
首次发布1992年4月
系列MD2MD4MD5MD6
密码细节
摘要长度128位元
分组长度512位元
结构Merkle–Damgård construction英语Merkle–Damgård construction
重复回数4[1]

MD5訊息摘要演算法(英語:MD5 Message-Digest Algorithm),一種被廣泛使用的密碼雜湊函數,可以產生出一個128位元(16個字节)的散列值(hash value),用于确保信息传输完整一致。MD5由美國密碼學家罗纳德·李维斯特Ronald Linn Rivest)設計,於1992年公開,用以取代MD4演算法。這套演算法的程序在RFC 1321 中被加以規範。

数据(如一段文字)运算变为另一固定长度值,是雜湊算法的基础原理。

1996年後被證實存在弱點,可以被加以破解,對於需要高度安全性的資料,專家一般建議改用其他演算法,如SHA-2。2004年,證實MD5演算法無法防止碰撞攻击英语Collision_attack,因此不適用於安全性認證,如SSL公開金鑰認證或是數位簽章等用途。

历史与密码学

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1992年8月,罗纳德·李维斯特向互联网工程任务组(IETF)提交了一份重要文件,描述了这种算法的原理。由于这种算法的公开性和安全性,在90年代被广泛使用在各种程序语言中,用以確保资料傳遞無誤等。[2]

MD5由MD4、MD3、MD2改进而来,主要增强算法复杂度和不可逆性。

应用

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MD5曾被用於檔案校驗、SSL/TLSIPsecSSH,但MD5早已被發現有明顯的缺陷。

算法

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Figure 1. 一个MD5运算— 由类似的64次循环构成,分成4组16次。F 一个非线性函数;一个函数运算一次。Mi 表示一个 32-bits 的输入数据,Ki 表示一个 32-bits 常数,用来完成每次不同的计算。

MD5是輸入不定長度信息,輸出固定長度128-bits的演算法。经过程序流程,生成四个32位数据,最后联合起来成为一个128-bits散列。基本方式为,求餘、取餘、调整长度、与链接变量进行循环运算。得出结果。

F(X,Y,Z)=(XY)(¬XZ){\displaystyle F(X,Y,Z)=(X\wedge {Y})\vee (\neg {X}\wedge {Z})}
G(X,Y,Z)=(XZ)(Y¬Z){\displaystyle G(X,Y,Z)=(X\wedge {Z})\vee (Y\wedge \neg {Z})}
H(X,Y,Z)=XYZ{\displaystyle H(X,Y,Z)=X\oplus Y\oplus Z}
I(X,Y,Z)=Y(X¬Z){\displaystyle I(X,Y,Z)=Y\oplus (X\vee \neg {Z})}

,,,¬{\displaystyle \oplus ,\wedge ,\vee ,\neg }XOR,AND,OR ,NOT 的符号。

伪代码

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//Note: All variables are unsigned 32 bits and wrap modulo 2^32 when calculatingvarint[64]r,k//r specifies the per-round shift amountsr[0..15]={7, 12, 17, 22,  7, 12, 17, 22,  7, 12, 17, 22,  7, 12, 17, 22}r[16..31]={5,  9, 14, 20,  5,  9, 14, 20,  5,  9, 14, 20,  5,  9, 14, 20}r[32..47]={4, 11, 16, 23,  4, 11, 16, 23,  4, 11, 16, 23,  4, 11, 16, 23}r[48..63]={6, 10, 15, 21,  6, 10, 15, 21,  6, 10, 15, 21,  6, 10, 15, 21}//Use binary integer part of the sines of integers as constants:forifrom0to63k[i]:=floor(abs(sin(i+1))×2^32)//Initialize variables:varinth0:=0x67452301varinth1:=0xEFCDAB89varinth2:=0x98BADCFEvarinth3:=0x10325476//Pre-processing:append"1"bittomessageappend"0"bitsuntilmessagelengthinbits448(mod512)appendbitlengthofmessageas64-bitlittle-endianintegertomessage//Process the message in successive 512-bit chunks:foreach512-bitchunkofmessagebreakchunkintosixteen32-bitlittle-endianwordsw[i],0i15//Initialize hash value for this chunk:varinta:=h0varintb:=h1varintc:=h2varintd:=h3//Main loop:forifrom0to63if0i15thenf:=(bandc)or((notb)andd)g:=ielseif16i31f:=(dandb)or((notd)andc)g:=(5×i+1)mod16elseif32i47f:=bxorcxordg:=(3×i+5)mod16elseif48i63f:=cxor(bor(notd))g:=(7×i)mod16temp:=dd:=cc:=bb:=leftrotate((a+f+k[i]+w[g]),r[i])+ba:=tempNexti//Add this chunk's hash to result so far:h0:=h0+ah1:=h1+bh2:=h2+ch3:=h3+dEndForEachvarintdigest:=h0appendh1appendh2appendh3//(expressed as little-endian)

MD5散列

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一般128位的MD5散列被表示为32位十六进制数字。以下是一个43位长的仅ASCII字母列的MD5散列:

MD5("The quick brown fox jumps over the lazy dog")= 9e107d9d372bb6826bd81d3542a419d6

即使在原文中作一个小变化(比如用c取代d)其散列也会发生巨大的变化:

MD5("The quick brown fox jumps over the lazycog")= 1055d3e698d289f2af8663725127bd4b

空文的散列为:

MD5("")= d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e

缺陷

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2004年的國際密碼討論年會(CRYPTO)尾聲,王小雲及其研究同事展示了寻找MD5、SHA-0及其他相關雜湊函數的雜湊衝撞的新方法[3]。所謂雜湊衝撞指兩個完全不同的訊息經雜湊函數計算得出完全相同的雜湊值。根據鴿巢原理,以有長度限制的雜湊函數計算沒有長度限制的訊息是必然會有衝撞情況出現的。在此之前,已有一些研究者在有约束条件下找到多对哈希冲撞[4][5]

2009年,中國科學院的謝濤和馮登國仅用了220.96的碰撞算法複雜度,破解了MD5的碰撞抵抗,该攻击在普通计算机上运行只需要数秒钟[6]。2011年,RFC 6151 禁止MD5用作金鑰雜湊訊息鑑別碼

参见

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参考文献

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  1. ^RFC 1321, section 3.4, "Step 4. Process Message in 16-Word Blocks", page 5.
  2. ^梁斌. 第3章“搜索引擎的下载系统”第4节“网页抓取原理”. 走进搜索引擎. 孙学瑛 (责任编辑) 第1版.电子工业出版社. 2007年10月: 51.ISBN 978-7-121-04922-4(中文(中国大陆)). 使用|accessdate=需要含有|url= (帮助)
  3. ^Wang, Xiaoyun; Feng, Dengguo; Lai, Xuejia; Yu, Hongbo.Collisions for Hash Functions MD4, MD5, HAVAL-128 and RIPEMD. 2020-06-09 [2020-06-09]. (原始内容存档于2020-06-09) –通过ePrint IACR. 
  4. ^den Boer, Bert; Bosselaers, Antoon. Collisions for the compression function of MD5. Advances in Cryptology — EUROCRYPT ’93. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. 1994: 293–304.ISBN 978-3-540-57600-6.ISSN 0302-9743.doi:10.1007/3-540-48285-7_26. 
  5. ^Wang, Xiaoyun; Lai, Xuejia; Feng, Dengguo; Chen, Hui; Yu, Xiuyuan. Cryptanalysis of the Hash Functions MD4 and RIPEMD. Lecture Notes in Computer Science. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. 2005: 1–18.ISBN 978-3-540-25910-7.ISSN 0302-9743.doi:10.1007/11426639_1. 
  6. ^Tao Xie and Dengguo Feng.How To Find Weak Input Differences For MD5 Collision Attacks(PDF). 30 May 2009 [2010-09-21]. (原始内容存档(PDF)于2012-05-05). 

外部链接

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常用函数
SHA-3入围英语NIST hash function competition
其他函数
密码散列/
密钥延伸函数
通用
密钥派生函数
MAC算法
认证加密模式
攻击
设计
标准化
实际应用
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