java实现md5加密

Posted 2020-11-19 袋

                                                                                                     java实现md5加密

     MD5的全称是Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法），在90年代初由MIT Laboratory for Computer Science和RSA Data Security Inc的Ronald L. Rivest开发出来，经MD2、MD3和MD4发展而来。

一.使用md5加密密码

我们先用java去实现md5加密密码，再去研究一下md5的原理以及他的优缺点。

1.新建MD5.java文件

package com.creditease.bixin.common.util;

import sun.misc.BASE64Encoder;

import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

/**
 * Created by hengyang4 on 2018/6/15.
 */
public class MD5 {

    /*
    * 使用md5进行加密
    *
    * */
    public String EncodeByMd5(String str) throws NoSuchAlgorithmException,UnsupportedEncodingException{
        //确定计算方法
        MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
        BASE64Encoder base64Encoder = new BASE64Encoder();
        //加密后的字符串
        String newstr = base64Encoder.encode(md5.digest(str.getBytes("utf-8")));
        return newstr;
    }

    /**
     * 判断用户密码是否正确
     * 用户输入的密码  @param newpwd
     * 数据库中保存的密码 @param oldpwd
     *
     * **/
    public boolean checkPassword(String newpwd,String oldpwd) throws NoSuchAlgorithmException,UnsupportedEncodingException{
        if(EncodeByMd5(newpwd).equals(oldpwd))
            return true;
        else
            return false;
    }
}

2.新建测试类测试该代码

package com.creditease.bixin.common.util;

import com.creditease.bixin.Application;
import org.junit.Test;
import org.junit.runner.RunWith;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
import org.springframework.test.context.junit4.SpringJUnit4ClassRunner;

import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

/**
 * Created by hengyang4 on 2018/6/15.
 */
@RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)
@SpringBootTest(classes = Application.class)
public class MD5Test {

    @Test
    public void md5Test()throws Exception{
        String str = "dog";
        try {
            MD5 md5 = new MD5();
            String newstr = md5.EncodeByMd5(str);
            System.out.println(newstr);
            System.out.println(md5.checkPassword("dog",newstr));
        }catch (NoSuchAlgorithmException e){
            e.printStackTrace();
        } catch (UnsupportedEncodingException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

　运行结果：

使用的时候发现md5使用起来很简单也很便利，那么md5原理是什么呢

二.md5原理

对MD5算法简要的叙述可以为：MD5以512位分组来处理输入的信息，且每一分组又被划分为16个32位子分组，经过了一系列的处理后，算法的输出由四个32位分组组成，将这四个32位分组级联后将生成一个128位散列值。

总体流程如下图所示，

 表示第i个分组，每次的运算都由前一轮的128位结果值和第i块512bit值进行运算。

MD5算法的整体流程图 [1]

1.填充

在MD5算法中，首先需要对信息进行填充，使其位长对512求余的结果等于448，并且填充必须进行，即使其位长对512求余的结果等于448。因此，信息的位长（Bits Length）将被扩展至N*512+448，N为一个非负整数，N可以是零。

填充的方法如下：

1) 在信息的后面填充一个1和无数个0，直到满足上面的条件时才停止用0对信息的填充。

2) 在这个结果后面附加一个以64位二进制表示的填充前信息长度（单位为Bit），如果二

进制表示的填充前信息长度超过64位，则取低64位。

经过这两步的处理，信息的位长=N*512+448+64=(N+1）*512，即长度恰好是512的整数倍。这样做的原因是为满足后面处理中对信息长度的要求。

2. 初始化变量

初始的128位值为初试链接变量，这些参数用于第一轮的运算，以大端字节序来表示，他们分别为： A=0x01234567，B=0x89ABCDEF，C=0xFEDCBA98，D=0x76543210。

（每一个变量给出的数值是高字节存于内存低地址，低字节存于内存高地址，即大端字节序。在程序中变量A、B、C、D的值分别为0x67452301，0xEFCDAB89，0x98BADCFE，0x10325476）

3. 处理分组数据

每一分组的算法流程如下：

第一分组需要将上面四个链接变量复制到另外四个变量中：A到a，B到b，C到c，D到d。从第二分组开始的变量为上一分组的运算结果，即A = a， B = b， C = c， D = d。

主循环有四轮（MD4只有三轮），每轮循环都很相似。第一轮进行16次操作。每次操作对a、b、c和d中的其中三个作一次非线性函数运算，然后将所得结果加上第四个变量，文本的一个子分组和一个常数。再将所得结果向左环移一个不定的数，并加上a、b、c或d中之一。最后用该结果取代a、b、c或d中之一。

以下是每次操作中用到的四个非线性函数（每轮一个）。

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) )

（&是与（And），|是或（Or），~是非（Not），^是异或（Xor））

这四个函数的说明：如果X、Y和Z的对应位是独立和均匀的，那么结果的每一位也应是独立和均匀的。

F是一个逐位运算的函数。即，如果X，那么Y，否则Z。函数H是逐位奇偶操作符。

假设Mj表示消息的第j个子分组（从0到15），常数ti是4294967296*abs( sin(i) ）的整数部分，i 取值从1到64，单位是弧度。（4294967296=232）

现定义：

FF(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti ) 操作为 a = b + ( (a + F(b,c,d) + Mj + ti) << s)

GG(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti ) 操作为 a = b + ( (a + G(b,c,d) + Mj + ti) << s)

HH(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti) 操作为 a = b + ( (a + H(b,c,d) + Mj + ti) << s)

II(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti) 操作为 a = b + ( (a + I(b,c,d) + Mj + ti) << s)

注意：“<<”表示循环左移位，不是左移位。

这四轮（共64步）是：

第一轮

FF(a ,b ,c ,d ,M0 ,7 ,0xd76aa478 )
FF(d ,a ,b ,c ,M1 ,12 ,0xe8c7b756 )
FF(c ,d ,a ,b ,M2 ,17 ,0x242070db )
FF(b ,c ,d ,a ,M3 ,22 ,0xc1bdceee )
FF(a ,b ,c ,d ,M4 ,7 ,0xf57c0faf )
FF(d ,a ,b ,c ,M5 ,12 ,0x4787c62a )
FF(c ,d ,a ,b ,M6 ,17 ,0xa8304613 )
FF(b ,c ,d ,a ,M7 ,22 ,0xfd469501)
FF(a ,b ,c ,d ,M8 ,7 ,0x698098d8 )
FF(d ,a ,b ,c ,M9 ,12 ,0x8b44f7af )
FF(c ,d ,a ,b ,M10 ,17 ,0xffff5bb1 )
FF(b ,c ,d ,a ,M11 ,22 ,0x895cd7be )
FF(a ,b ,c ,d ,M12 ,7 ,0x6b901122 )
FF(d ,a ,b ,c ,M13 ,12 ,0xfd987193 )
FF(c ,d ,a ,b ,M14 ,17 ,0xa679438e )
FF(b ,c ,d ,a ,M15 ,22 ,0x49b40821 )

 

第二轮

GG(a ,b ,c ,d ,M1 ,5 ,0xf61e2562 )
GG(d ,a ,b ,c ,M6 ,9 ,0xc040b340 )
GG(c ,d ,a ,b ,M11 ,14 ,0x265e5a51 )
GG(b ,c ,d ,a ,M0 ,20 ,0xe9b6c7aa )
GG(a ,b ,c ,d ,M5 ,5 ,0xd62f105d )
GG(d ,a ,b ,c ,M10 ,9 ,0x02441453 )
GG(c ,d ,a ,b ,M15 ,14 ,0xd8a1e681 )
GG(b ,c ,d ,a ,M4 ,20 ,0xe7d3fbc8 )
GG(a ,b ,c ,d ,M9 ,5 ,0x21e1cde6 )
GG(d ,a ,b ,c ,M14 ,9 ,0xc33707d6 )
GG(c ,d ,a ,b ,M3 ,14 ,0xf4d50d87 )
GG(b ,c ,d ,a ,M8 ,20 ,0x455a14ed )
GG(a ,b ,c ,d ,M13 ,5 ,0xa9e3e905 )
GG(d ,a ,b ,c ,M2 ,9 ,0xfcefa3f8 )
GG(c ,d ,a ,b ,M7 ,14 ,0x676f02d9 )
GG(b ,c ,d ,a ,M12 ,20 ,0x8d2a4c8a )

 

第三轮

HH(a ,b ,c ,d ,M5 ,4 ,0xfffa3942 )
HH(d ,a ,b ,c ,M8 ,11 ,0x8771f681 )
HH(c ,d ,a ,b ,M11 ,16 ,0x6d9d6122 )
HH(b ,c ,d ,a ,M14 ,23 ,0xfde5380c )
HH(a ,b ,c ,d ,M1 ,4 ,0xa4beea44 )
HH(d ,a ,b ,c ,M4 ,11 ,0x4bdecfa9 )
HH(c ,d ,a ,b ,M7 ,16 ,0xf6bb4b60 )
HH(b ,c ,d ,a ,M10 ,23 ,0xbebfbc70 )
HH(a ,b ,c ,d ,M13 ,4 ,0x289b7ec6 )
HH(d ,a ,b ,c ,M0 ,11 ,0xeaa127fa )
HH(c ,d ,a ,b ,M3 ,16 ,0xd4ef3085 )
HH(b ,c ,d ,a ,M6 ,23 ,0x04881d05 )
HH(a ,b ,c ,d ,M9 ,4 ,0xd9d4d039 )
HH(d ,a ,b ,c ,M12 ,11 ,0xe6db99e5 )
HH(c ,d ,a ,b ,M15 ,16 ,0x1fa27cf8 )
HH(b ,c ,d ,a ,M2 ,23 ,0xc4ac5665 )

 

第四轮

II(a ,b ,c ,d ,M0 ,6 ,0xf4292244 )
II(d ,a ,b ,c ,M7 ,10 ,0x432aff97 )
II(c ,d ,a ,b ,M14 ,15 ,0xab9423a7 )
II(b ,c ,d ,a ,M5 ,21 ,0xfc93a039 )
II(a ,b ,c ,d ,M12 ,6 ,0x655b59c3 )
II(d ,a ,b ,c ,M3 ,10 ,0x8f0ccc92 )
II(c ,d ,a ,b ,M10 ,15 ,0xffeff47d )
II(b ,c ,d ,a ,M1 ,21 ,0x85845dd1 )
II(a ,b ,c ,d ,M8 ,6 ,0x6fa87e4f )
II(d ,a ,b ,c ,M15 ,10 ,0xfe2ce6e0 )
II(c ,d ,a ,b ,M6 ,15 ,0xa3014314 )
II(b ,c ,d ,a ,M13 ,21 ,0x4e0811a1 )
II(a ,b ,c ,d ,M4 ,6 ,0xf7537e82 )
II(d ,a ,b ,c ,M11 ,10 ,0xbd3af235 )
II(c ,d ,a ,b ,M2 ,15 ,0x2ad7d2bb )
II(b ,c ,d ,a ,M9 ,21 ,0xeb86d391 )

 

所有这些完成之后，将a、b、c、d分别在原来基础上再加上A、B、C、D。

即a = a + A，b = b + B，c = c + C，d = d + D

然后用下一分组数据继续运行以上算法。

4. 输出

最后的输出是a、b、c和d的级联。

当你按照我上面所说的方法实现MD5算法以后，你可以用以下几个信息对你做出来的程序作一个简单的测试，看看程序有没有错误。

MD5 ("") = d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e
MD5 ("a") = 0cc175b9c0f1b6a831c399e269772661
MD5 ("abc") = 900150983cd24fb0d6963f7d28e17f72
MD5 ("message digest") = f96b697d7cb7938d525a2f31aaf161d0
MD5 ("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz") = c3fcd3d76192e4007dfb496cca67e13b
MD5 ("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz") =
f29939a25efabaef3b87e2cbfe641315
MD5 ("8a683566bcc7801226b3d8b0cf35fd97") =cf2cb5c89c5e5eeebef4a76becddfcfd

三.JAVA实现md5原理

public class MD5{
    /*
    *四个链接变量
    */
    private final int A=0x67452301;
    private final int B=0xefcdab89;
    private final int C=0x98badcfe;
    private final int D=0x10325476;
    /*
    *ABCD的临时变量
    */
    private int Atemp,Btemp,Ctemp,Dtemp;
     
    /*
    *常量ti
    *公式:floor(abs(sin(i+1))×(2pow32)
    */
    private final int K[]={
        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};
    /*
    *向左位移数,计算方法未知
    */
    private final int 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};
     
     
    /*
    *初始化函数
    */
    private void init(){
        Atemp=A;
        Btemp=B;
        Ctemp=C;
        Dtemp=D;
    }
    /*
    *移动一定位数
    */
    private    int    shift(int a,int s){
        return(a<<s)|(a>>>(32-s));//右移的时候，高位一定要补零，而不是补充符号位
    }
    /*
    *主循环
    */
    private void MainLoop(int M[]){
        int F,g;
        int a=Atemp;
        int b=Btemp;
        int c=Ctemp;
        int d=Dtemp;
        for(int 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;
            }
            int tmp=d;
            d=c;
            c=b;
            b=b+shift(a+F+K[i]+M[g],s[i]);
            a=tmp;
        }
        Atemp=a+Atemp;
        Btemp=b+Btemp;
        Ctemp=c+Ctemp;
        Dtemp=d+Dtemp;
     
    }
    /*
    *填充函数
    *处理后应满足bits≡448(mod512),字节就是bytes≡56（mode64)
    *填充方式为先加一个0,其它位补零
    *最后加上64位的原来长度
    */
    private int[] add(String str){
        int num=((str.length()+8)/64)+1;//以512位，64个字节为一组
        int strByte[]=new int[num*16];//64/4=16，所以有16个整数
        for(int i=0;i<num*16;i++){//全部初始化0
            strByte[i]=0;
        }
        int    i;
        for(i=0;i<str.length();i++){
            strByte[i>>2]|=str.charAt(i)<<((i%4)*8);//一个整数存储四个字节，小端序
        }
        strByte[i>>2]|=0x80<<((i%4)*8);//尾部添加1
        /*
        *添加原长度，长度指位的长度，所以要乘8，然后是小端序，所以放在倒数第二个,这里长度只用了32位
        */
        strByte[num*16-2]=str.length()*8;
            return strByte;
    }
    /*
    *调用函数
    */
    public String getMD5(String source){
        init();
        int strByte[]=add(source);
        for(int i=0;i<strByte.length/16;i++){
        int num[]=new int[16];
        for(int j=0;j<16;j++){
            num[j]=strByte[i*16+j];
        }
        MainLoop(num);
        }
        return changeHex(Atemp)+changeHex(Btemp)+changeHex(Ctemp)+changeHex(Dtemp);
     
    }
    /*
    *整数变成16进制字符串
    */
    private String changeHex(int a){
        String str="";
        for(int i=0;i<4;i++){
            str+=String.format("%2s", Integer.toHexString(((a>>i*8)%(1<<8))&0xff)).replace(\' \', \'0\');
 
        }
        return str;
    }
    /*
    *单例
    */
    private static MD5 instance;
    public static MD5 getInstance(){
        if(instance==null){
            instance=new MD5();
        }
        return instance;
    }
     
    private MD5(){};
     
    public static void main(String[] args){
        String str=MD5.getInstance().getMD5("");
        System.out.println(str);
    }
}

四.MD5优势与不足

MD5优势

Van oorschot和Wiener曾经考虑过一个在散列中暴力搜寻冲突的函数（brute-force hash function），而且他们猜测一个被设计专门用来搜索MD5冲突的机器（这台机器在1994年的制造成本大约是一百万美元）可以平均每24天就找到一个冲突。但单从1991年到2001年这10年间，竟没有出现替代MD5算法的MD6或被叫做其他什么名字的新算法这一点，我们就可以看出这个瑕疵并没有太多的影响MD5的安全性。上面所有这些都不足以成为MD5的在实际应用中的问题。并且，由于MD5算法的使用不需要支付任何版权费用的，所以在一般的情况下（非绝密应用领域。但即便是应用在绝密领域内，MD5也不失为一种非常优秀的中间技术），MD5怎么都应该算得上是非常安全的了。

 

不足

2004年8月17日的美国加州圣巴巴拉的国际密码学会议（Crypto’2004）上，来自中国山东大学的王小云教授做了破译MD5、HAVAL-128、 MD4和RIPEMD算法的报告，公布了MD系列算法的破解结果。宣告了固若金汤的世界通行密码标准MD5的堡垒轰然倒塌，引发了密码学界的轩然大波。(注意:并非是真正的破解，只是加速了杂凑冲撞）

令世界顶尖密码学家想象不到的是，破解MD5之后，2005年2月，王小云教授又破解了另一国际密码SHA－1。因为SHA－1在美国等国际社会有更加广泛的应用，密码被破的消息一出，在国际社会的反响可谓石破天惊。换句话说，王小云的研究成果表明了从理论上讲电子签名可以伪造，必须及时添加限制条件，或者重新选用更为安全的密码标准，以保证电子商务的安全。

MD5验证可执行文件不再可靠的消息

MD5破解工程权威网站是为了公开征集专门针对MD5的攻击而设立的，网站于2004年8月17日宣布：“中国研究人员发现了完整MD5算法的碰撞；Wang,Feng,Lai,Yu公布了MD5、MD4、HAVAL-128、RIPEMD-128几个 Hash函数的碰撞。这是近年来密码学领域最具实质性的研究进展。使用他们的技术，在数个小时内就可以找到MD5碰撞。……由于这个里程碑式的发现，MD5CRK项目将在随后48小时内结束”。

在2004年8月之前，国际密码学界对王小云这个名字并不熟悉。2004年8月，在美国加州圣芭芭拉召开的国际密码大会上，并没有被安排发言的王小云教授拿着自己的研究成果找到会议主席，没想到慧眼识珠的会议主席破例给了她15分钟时间来介绍自己的成果，而通常发言人只被允许有两三分钟的时间。王小云与助手展示了MD5、SHA-0及其他相关杂凑函数的杂凑冲撞。所谓杂凑冲撞指两个完全不同的讯息经杂凑函数计算得出完全相同的杂凑值。根据鸽巢原理，以有长度限制的杂凑函数计算没有长度限制的讯息是必然会有冲撞情况出现的。可是，一直以来，电脑保安专家都认为要任意制造出冲撞需时太长，在实际情况上不可能发生，而王小云等的发现可能会打破这个必然性。就这样，王小云在国际会议上首次宣布了她及她的研究小组的研究成果——对MD4、MD5、HAVAL-128和RIPEMD等四个著名密码算法的破译结果。

在公布到第三个成果的时候，会场上已经是掌声四起，报告不得不一度中断。报告结束后，所有与会专家对他们的突出工作报以长时间的掌声，有些学者甚至起立鼓掌以示他们的祝贺和敬佩。由于版本问题，作者在提交会议论文时使用的一组常数和先行标准不同，在发现这一问题之后，王小云教授立即改变了那个常数，在很短的时间内就完成了新的数据分析，这段有惊无险的小插曲更证明了他们论文的信服力，攻击方法的有效性，验证了研究工作的成功