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MD5加密算法Golang实现

发布时间：2022-02-19 编辑：jiaochengji.com

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MD5消息摘要算法（Message-Digest Algorithm），一种被广泛使用的密码散列函数，可以产生出一个128位（16字节）的散列值，用于确保信息传输完整一致。MD5有MD4、MD3、MD2改进而来，主要增强算法复杂度和不可逆性。MD5广泛使用在为文件传输提供一定的可靠性方面。例如：服务器预先提供一个MD5校验和，用户下载完文件之后，用MD5算法计算下载文件的MD5校验和，然后通过检查这两个检验和是否一致，就能判断下载的文件是否出错。

MD5算法处理不定长的输入信息，得到定长的128位输出。MD5将输入信息以512位进行分组，且每一分组又被划分为16个32位子分组，经过一系列处理之后算法的输出得到4个32位的输出，将此四个输出拼接起来就可以获得最终的加密结果。

下面介绍算法的主要步骤：

<ul><li>第一步：填充（padding） <ul><li>首先将输入信息用二进制串来表示，其长度设为<code>k</code> bits，如果二进制串长度<code>k mod 512!=448</code>，则在该二进制串最后面补充<code>p</code> bits的标识，100…0(一个1和多个0)，1≤p≤512，使得填充后的消息位数满足： k p ≡ 448 ( m o d 512 ) k p ≡ 448(mod 512) k p≡448(mod512)</li><li>然后，再向上述填充好的消息尾部附加<code>k</code>值二进制串表示的低64位（即 k m o d 2 64 k mod 2^{64} kmod264 )，由于MD5加密算法采用小端模式（little-endian），所以将此64位二进制串的最后一个字节放置在最前方，倒数第二个字节放置在第二个自接触，……，第一个字节放置在最后方，最终处理过后的信息长度为512的整数倍。</li></ul></li><li>第二步：分块
把填充后的消息结果分割为<code>L</code>个512-bit分组： Y 0 Y_0 Y0， Y 1 Y_1 Y1，…， Y L − 1 Y_{L-1} YL−1。然后再将每个分组继续划分为16个32-bit长的子分组 X 0 X_0 X0， X 1 X_1 X1，…， X 15 X_{15} X15</li><li>第三步：初始化
初始化一个128-bit的MD缓冲区，记为 C V q CV_q CVq，表示成4个32-bit寄存器(A，B，C，D)；其中， C V 0 = I V CV_0=IV CV0=IV。迭代在MD缓冲区进行，最后一步的128-bit输出结果结尾算法结果。寄存器(A，B，C，D)置16进制初初始值作为初始向量IV，并采用小端存储（little-endian）的存储结构：</li></ul><pre><code class="lang-bash hljs"> A = 0x67452301 B = 0xEFCDAB89 C = 0x98BADCFE D = 0x10325476 </code></pre> <table><thead><tr><th>wordA</th><th>01</th><th>23</th><th>45</th><th>67</th></tr></thead><tbody><tr><td>workB</td><td>89</td><td>AB</td><td>CD</td><td>EF</td></tr><tr><td>wordC</td><td>FE</td><td>DC</td><td>BA</td><td>09</td></tr><tr><td>wordD</td><td>76</td><td>54</td><td>32</td><td>10</td></tr></tbody></table><blockquote>

Little-Endian
将低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端，相反Big-Endian将高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。存储结构与CPU体系结构和语言编译器有关。PowerPC系列采用Big Endian方式存储数据，而Intel x86系列则采用Little-Endian方式存储。

</blockquote> <ul><li>

第四步：总控流程
以512-bit消息分组为单位，每一份组 Y q ( q = 0 , 1 , . . . L − 1 ) Y_q(q=0,1,...L-1) Yq(q=0,1,...L−1)经过四轮循环压缩算法，表示为：
 C V 0 = I V CV_0 = IV CV0=IV
 C V i = H M D 5 ( C V i − 1 , Y i ) CV_i = H_{MD5}(CV_{i-1}, Y_i) CVi=HMD5(CVi−1,Yi)
输出结果： M D = C V L MD = CV_L MD=CVL

</li><li>

第五步：MD5压缩函数 H M D 5 H_{MD5} HMD5

<ul><li> H M D 5 H_{MD5} HMD5从 C V CV CV输入128位，从消息分组输入512位，完成4轮循环后，输出128位，用于下一轮输入的 C V CV CV值。</li><li>四轮循环中使用的生成函数轮函数是一个32位非线性逻辑函数(F，G，H，I中的一个)</li><li>每轮循环分别为不同的生成函数(F，G，H，I)，结果指定的<code>T</code>表示元素<code>T[]</code>和和消息分组的不同部分<code>X[]</code>做16次迭代运算，生成下一轮循环的输入。</li><li>四轮循环总共有64次迭代运算。</li></ul></li><li>

说明：

</li></ul>

迭代运算如下：

<pre><code class="lang-go hljs">dtemp := d d = c c = b b = b ((a 轮函数(b,c,d) X[k] T[i] <<< s)) a = dtemp </code></pre>

轮函数定义如下：

<table><thead><tr><th>轮次</th><th>Function g</th><th>g(b,c,d)</th></tr></thead><tbody><tr><td>1</td><td>F(b,c,d)</td><td>(b & c) | (~b & d)</td></tr><tr><td>2</td><td>G(b,c,d)</td><td>(b & d) | (c & ~d)</td></tr><tr><td>3</td><td>H[b,c,d)</td><td>(b ^ c ^ d)</td></tr><tr><td>4</td><td>I(b,c,d)</td><td>c ^ (b | ~d)</td></tr></tbody></table>

<code>a,b,c,d</code>：MD缓冲区(A,B,C,D)的当前值；
<code>X[k]</code>：当前处理消息分组的16个子分组；
<code>T[i]</code>：T表的第i个元素，32位字；T表总共有64个元素，也称为加法常数
<code><<<s</code>：将32位输入循环左移s位
<code> </code> ：模 2 32 2^{32} 232加法。

其中<code>X[k]</code>具体如下：
4轮循环中，第i次迭代（i=0…63）使用的<code>X[k]</code>的确定;

<ul><li>第一轮循环：k = i （0~15）
顺序使用X[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10,11,12,13,14,15]</li><li>第二轮循环：k=(1 5i) mod 16 (16~31)
顺序使用X[1, 6,11, 0, 5,10,15, 4, 9,14, 3, 8,13, 2, 7,12]</li><li>第三轮循环：k=(5 3i) mod 16（32~47）
顺序使用X[5, 8,11,14, 1, 4, 7,10,13, 0, 3, 6, 9,12,15, 2]</li><li>第四轮循环：k=7i mod 16（48~63）
顺序使用X[0, 7,14, 5,12, 3,10, 1, 8,15, 6,13, 4,11, 2, 9]</li></ul>

<code>T</code>表定义如下：
 T [ i ] = i n t ( 2 32 ∗ ∣ s i n ( i ) ∣ ) T[i] = int(2^{32}*|sin(i)|) T[i]=int(232∗∣sin(i)∣)
int 取整函数，sin 正弦函数，以 i 作为弧度输入。
各次迭代运算采用的T值：

<pre><code class="lang-go hljs">var T = []uint32{ 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, } </code></pre>

各次迭代运算采用的做循环移位s的值：

<pre><code class="lang-go hljs">// 向左位移数 var s = []uint32{ 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, } </code></pre> <h2>算法实现</h2> <pre><code class="lang-go hljs">// 下方函数为MD5加密算法的核心，迭代加密步骤 func trans(text string) { // 将512-bit消息划分为16组 X := div_group(text) var f, k uint32 // result存储最初的A,B,C,D a := result[0] b := result[1] c := result[2] d := result[3] for i := uint32(0); i < uint32(64); i { if i < 16 { f = F(b, c, d) k = i } else if i < 32 { f = G(b, c, d) k = (5*i 1) % 16 } else if i < 48 { f = H(b, c, d) k = (3*i 5) % 16 } else { f = I(b, c, d) k = (7 * i) % 16 } dtemp := d d = c c = b b = b (shift(a f T[i] X[k], s[i])) a = dtemp } result[0] = result[0] a result[1] = result[1] b result[2] = result[2] c result[3] = result[3] d } </code></pre>

加密结果如下：

<pre><code class="lang-bash hljs">// 下方三组数据来自wiki The quick brown fox jumps over the lazy dog: 9e107d9d372bb6826bd81d3542a419d6 The quick brown fox jumps over the lazy cog: 1055d3e698d289f2af8663725127bd4b : d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e //空字符串加密结果 </code></pre>

完整代码详见Github

<blockquote class="layui-elem-quote" style="width: 100%;overflow:hidden"> 作者： liuyh73
链接： https://blog.csdn.net/liuyh73/article/details/84873413
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。
</blockquote>

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