MD5算法之C#程序 MD5算法描述

作者：rufi 2004.06.22
当我要写一个MD5算法的程序时，发现中英文的语言描述都有一些不确切的地方，某些个细节
讲得不清楚，或者说很费解。最后不得不拿出C语言的源程序来调试，这对于理解算法是很不
利的。于是就总结了一下我摸索到的一些要点。
1.来历
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。 http://www.ietf.org/rfc/rfc1321.txt ，是一份最权威的文档，
由ronald l. rivest在1992年8月向ieft提交。
2.用途
MD5的作用是对一段信息(message)生成信息摘要(message-digest)，该摘要对该信息具有
唯一性,可以作为数字签名。用于验证文件的有效性(是否有丢失或损坏的数据),对用户
密码的加密，在哈希函数中计算散列值。
3.特点
输入一个任意长度的字节串，生成一个128位的整数。由于算法的某些不可逆特征，在加密应用
上有较好的安全性。并且，MD5算法的使用不需要支付任何版权费用。
4.说明
唯一性和不可逆性都不是绝对的，从理论上分析是一种多对一的关系，但两个不同的信息产生
相同摘要的概率很小。不可逆是指从输出反推输入所需的运算量和计算时间太大，使用穷搜字
典的方法又需要太多的存储空间。
5.算法描述
算法输入是一个字节串，每个字节是8个bit.
算法的执行分为以下几个步骤：
第一步，补位：
MD5算法先对输入的数据进行补位，使得数据的长度(以byte为单位)对64求余的结果是56。
即数据扩展至LEN=K*64+56个字节，K为整数。
补位方法：补一个1，然后补0至满足上述要求。相当于补一个0x80的字节，再补值
为0的字节。这一步里总共补充的字节数为0～63个。
第二步，附加数据长度：
用一个64位的整数表示数据的原始长度(以bit为单位)，将这个数字的8个字节按低位的在前，
高位在后的顺序附加在补位后的数据后面。这时，数据被填补后的总长度为：
LEN = K*64+56+8=(K+1)*64 Bytes。
※注意那个64位整数是输入数据的原始长度而不是填充字节后的长度,我就在这里栽了跟头.
第三步，初始化MD5参数：
有四个32位整数变量 (A,B,C,D) 用来计算信息摘要，每一个变量被初始化成以下
以十六进制数表示的数值，低位的字节在前面。
word A: 01 23 45 67
word B: 89 ab cd ef
word C: fe dc ba 98
word D: 76 54 32 10
※注意低位的字节在前面指的是Little Endian平台上内存中字节的排列方式，
而在程序中书写时，要写成：
A=0x67452301
B=0xefcdab89
C=0x98badcfe
D=0x10325476
第四步，定义四个MD5基本的按位操作函数：
X，Y，Z为32位整数。
F(X,Y,Z) = (X and Y) or (not(X) and Z)
G(X,Y,Z) = (X and Z) or (Y and not(Z))
H(X,Y,Z) = X xor Y xor Z
I(X,Y,Z) = Y xor (X or not(Z))
再定义四个分别用于四轮变换的函数。
设Mj表示消息的第j个子分组（从0到15），<<FF(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+(F(b,c,d)+Mj+ti)<<GG(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+(G(b,c,d)+Mj+ti)<<HH(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+(H(b,c,d)+Mj+ti)<<II(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+(I(b,c,d)+Mj+ti)<<
第五步，对输入数据作变换。
处理数据，N是总的字节数，以64个字节为一组，每组作一次循环，每次循环进行四轮操作。
要变换的64个字节用16个32位的整数数组M[0 ...15]表示。而数组T[1 ... 64]表示一组常数，
T[i]为4294967296*abs(sin(i))的32位整数部分，i的单位是弧度,i的取值从1到64。
具体过程如下：
/* 设置主循环变量 */
For i = 0 to N/16-1 do
/*每循环一次，把数据原文存放在16个元素的数组X中. */
For j = 0 to 15 do
Set X[j] to M[i*16+j].
end /结束对J的循环
/* Save A as AA, B as BB, C as CC, and D as DD.
*/
AA = A
BB = B
CC = C
DD = D
/* 第1轮*/
/* 以 [abcd k s i]表示如下操作
a = b + ((a + F(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). */
/* Do the following 16 operations. */
[ABCD 0 7 1] [DABC 1 12 2] [CDAB 2 17 3] [BCDA 3 22 4]
[ABCD 4 7 5] [DABC 5 12 6] [CDAB 6 17 7] [BCDA 7 22 8]
[ABCD 8 7 9] [DABC 9