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MD5

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MD5创始人

MD5,即"Message-Digest Algorithm 5(信息-摘要算法)",它由MD2MD3MD4发展而来的一种单向函数算法(也就是HASH算法),它是国际著名的公钥加密算法标准RSA的第一设计者R.Rivest于上个世纪90年代初开发出来的。MD5的最大作用在于,将不同格式的大容量文件信息在用数字签名软件来签署私人密钥前"压缩"成一种保密的格式,关键之处在于——这种"压缩"是不可逆的。

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MD5的产生及发展

MD5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。它的作用是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密钥前被"压缩"成一种保密的格式(就是把一个任意长度的字节串变换成一定长的大整数)。不管是MD2、MD4还是MD5,它们都需要获得一个随机长度的信息并产生一个128位的信息摘要。虽然这些算法的结构或多或少有些相似,但MD2的设计与MD4和MD5完全不同,那是因为MD2是为8位机器做过设计优化的,而MD4和MD5却是面向32位的电脑。这三个算法的描述和C语言源代码在Internet RFC 1321中有详细的描述([1]),这是一份最权威的文档,由Ronald L. Rivest在1992年8月向IETF提交。

Rivest在1989年开发出MD2算法。在这个算法中,首先对信息进行数据补位,使信息的字节长度是16的倍数。然后,以一个16位的检验和追加到信息末尾。并且根据这个新产生的信息计算出散列值。后来,Rogier和Chauvaud发现如果忽略了检验和将产生MD2冲突。MD2算法的加密后结果是唯一的--即没有重复。

为了加强算法的安全性,Rivest在1990年又开发出MD4算法。MD4算法同样需要填补信息以确保信息的字节长度加上448后能被512整除(信息字节长度mod 512 = 448)。然后,一个以64位二进制表示的信息的最初长度被添加进来。信息被处理成512位迭代结构的区块,而且每个区块要通过三个不同步骤的处理。Den boer和Bosselaers以及其他人很快的发现了攻击MD4版本中第一步和第三步的漏洞。Dobbertin向大家演示了如何利用一部普通的个人电脑在几分钟内找到MD4完整版本中的冲突(这个冲突实际上是一种漏洞,它将导致对不同的内容进行加密却可能得到相同的加密后结果)。毫无疑问,MD4就此被淘汰掉了。

尽管MD4算法在安全上有个这么大的漏洞,但它对在其后才被开发出来的好几种信息安全加密算法的出现却有着不可忽视的引导作用。除了MD5以外,其中比较有名的还有sha-1、RIPEMD以及Haval等。

一年以后,即1991年,Rivest开发出技术上更为趋近成熟的md5算法。它在MD4的基础上增加了"安全-带子"(safety-belts)的概念。虽然MD5比MD4稍微慢一些,但却更为安全。这个算法很明显的由四个和MD4设计有少许不同的步骤组成。在MD5算法中,信息-摘要的大小和填充的必要条件与MD5完全相同。Den boer和Bosselaers曾发现MD5算法中的假冲突(pseudo-collisions),但除此之外就没有其他被发现的加密后结果了。

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。

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。

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破解工程权威网站[2]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与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”。

MD5用的是哈希函数,在计算机网络中应用较多的不可逆加密算法有RSA公司发明的MD5算法和由美国国家技术标准研究所建议的安全散列算法SHA.

MD5基本原理

MD5算法以16个32位子分组即512位分组来提供数据杂凑,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位散列。基本方式为,求余、取余、调整长度、与链接变量进行循环运算。得出结果。 Md5 yuanli.gif

MD5示例

以下为使用MD5算法将相应的字符转换为32位的十六进制数的例子:(不论字符的多少都将转为32位十六进制数)

md5("站长百科")
得出:e3c32a2f59b5fd33de02534ca03e90a2
md5("站长百科是一个服务于广大站长的WIKI知识库!")
得出:5659d2f09fe56baee361cef67b2e99e3

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参考资料

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