MD5（信息摘要算法 5）

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MD5 方法是最早获得全球认可的散列算法之一，它取代了 MD4 算法。尽管存在潜在的安全风险，但 MD5 在各种情况下都是数据基础设施的重要组成部分。

在深入研究 MD5 之前，我们需要了解散列到底是什么！

什么是散列？

散列是将标准信息字符串转换为复杂数据片段的过程。这样做是为了对信息进行加密，使其完全改变原始值，从而产生一个与原始值完全不同的散列值。

Hashing Technique

散列使用散列函数将常规数据转换为不可读的形式。这些散列函数是一系列数学运算，通常称为散列摘要或摘要，将原始数据转换为其散列值。无论输入大小如何，特定散列函数（例如 MD5 或 SHA1）的摘要大小始终相同。

散列主要有两个用例：

密码验证

为了保护密码免受攻击者的侵害，网站的用户凭据通常以散列格式存储。比较密码散列更私密，因为散列函数对于相同的输入始终返回相同的结果。

Password Verification

以下是完整流程的工作原理：

  • 用户在登录网站时创建新密码。
  • 它对密码进行散列，并将结果作为摘要保存在服务器上。
  • 用户每次尝试登录时都必须重新输入密码。
  • 为了创建摘要，它会再次使用散列算法运行通过输入的密码。
  • 如果新创建的摘要与服务器上的摘要匹配，则验证登录。

完整性验证

散列函数可用于检查某些文件是否存在数据损坏。与上述示例一样，散列函数即使在迭代参数发生变化的情况下，对于相同的输入也会始终产生相同的结果。

Integrity Verification

该过程的步骤如下：

  • 个人将文件发布到互联网。
  • 散列摘要也与文件一起上传。
  • 当用户获取文件时，散列摘要会更新。
  • 如果摘要与初始散列值匹配，则文件完整性得到保留。
  • 在建立了散列的基本基础后，您就可以检查 MD5 算法，这是本章的主要重点。

什么是 MD5 算法？

MD5（消息摘要方法 5）是一种加密散列算法，可用于从任意长度的字符串创建 128 位摘要。摘要使用 32 位十六进制数表示。

该方法由罗纳德·里维斯特于 1991 年创建，用于启用数字签名的验证。为了增强安全措施，它已集成到各种框架中。

MD5 Algorithm

由于散列函数的建议，摘要大小始终为 128 位，即使对输入字符串进行微小的更改也会导致摘要发生很大差异。这是为了减少散列冲突（或生成类似散列）的可能性。

现在，您将学习构成 MD5 算法工作原理的步骤。

MD5 算法步骤

该算法包含四个主要部分：

填充位

当您收到输入字符串时，请验证其大小是否比 512 的倍数小 64 位。为了舍入多余的字符，您必须在添加一个 (1) 到填充位之后添加零。

Padding Bits

填充长度

最终字符串需要包含更多字符才能成为 512 的倍数。为此，请获取原始输入的长度并将其表示为 64 位。将两者组合后，最后一个字符串将准备好进行散列。

Padding Length

初始化 MD 缓冲区

整个字符串被分成多个块，每个块包含 512 位。此外，需要初始化四个缓冲区 (A、B、C 和 D)。这四个 32 位缓冲区分别初始化如下：

Initialize MD Buffer

处理每个块

512 位块可以进一步细分为 16 个子块，每个子块包含 32 位。四轮运算中的每一轮都使用所有缓冲区、常量数组值和子块。

您可以将此常量数组称为 T[1] ⇒ T[64]。

子块由符号 M[0] ⇒ M[15] 标识。

MD5 的实现

现在，我们将借助不同的编程语言来实现 MD5 算法，以便您能够使用任何一种语言进行编码。

使用 Python

为了实现 MD5 算法，我们将使用 Python 的 hashlib 模块，该模块提供了对计算给定消息的哈希值的支持。因此，Python 中的代码如下所示：

import hashlib

def generate_md5(input_string):
   md5_hash = hashlib.md5(input_string.encode()).hexdigest()
   return md5_hash

# function execution
input_string = "tutorialspoint"
md5_hash = generate_md5(input_string)
print("MD5 hash for", input_string, ":", md5_hash)

输出

MD5 hash for tutorialspoint : 6c60b3cfe5124f982eb629e00a98f01f

使用 Java

现在，我们将借助 Java 及其内置库来实现 MD5。因此，我们将使用两个类 MessageDigest 和 NoSuchAlgorithmException。MessageDigest 类允许我们创建各种消息摘要算法（如 MD5）的实例，而 NoSuchAlgorithmException 在所需加密算法在环境中不可访问时引发。使用 Java 实现 MD5 的代码如下所示：

import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

public class Md5Algo {
   public static String generateMD5(String input) {
      try {
         MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
         byte[] inputBytes = input.getBytes();
         byte[] hashBytes = md.digest(inputBytes);

         // Convert the byte array to a hexadecimal string
         StringBuilder sb = new StringBuilder();
         for (byte b : hashBytes) {
            sb.append(String.format("%02x", b));
         }
         return sb.toString();
      } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
         e.printStackTrace();
         return null;
      }
   }

   public static void main(String[] args) {
      String input = "tutorialspoint";
      String md5Hash = generateMD5(input);
      System.out.println("MD5 hash for " + input + " : " + md5Hash);
   }
}

输出

MD5 hash for tutorialspoint : 6c60b3cfe5124f982eb629e00a98f01f

MD5 的应用

以下是我们可以使用 MD5 算法的一些常见应用：

  • 消息摘要用于验证和检查文件的完整性。
  • 数据加密和安全由 MD5 处理。
  • 它用于密码验证和消息摘要，无论消息大小。
  • 它也用于图形和游戏板。

MD5 的优点

以下是 MD5 的一些优点：

  • 易于比较 - 在摘要验证方面，与最新的哈希算法系列相比，32 位摘要的比较相对简单。
  • 保持密码安全 - 如果密码未以未加密格式保存，黑客和其他攻击者可以访问密码。数据库也受益于摘要，因为所有哈希值的大小相同。
  • 低资源消耗 - 为了将多个服务合并到一个框架中而不会引入 CPU 成本，需要相对较小的内存占用。
  • 完整性检查 - 通过分析传输前后哈希值，您可以留意任何文件损坏。一旦哈希值匹配，文件完整性检查就是有效的并防止数据损坏。

MD5 的缺点

  • 有时，对于不同的输入，MD5 会创建类似的哈希函数。
  • SHA1 比 MD5 提供更好的安全性。
  • 据说 MD5 算法不安全。目前正在使用 SHA256 代替 MD5。
  • MD5 不适用于对称或非对称算法。

MD5 算法安全吗？

任何消息摘要函数的目标都是生成看起来随机的摘要。为了使哈希函数被认为是加密安全的，需要满足两个条件：

  • 攻击者无法生成与给定哈希值匹配的消息。
  • 攻击者不可能生成具有相同哈希值的两个消息。

IETF 指出，MD5 哈希不应用于加密身份验证，因为它们不再被视为加密安全的技术。

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