MD5算法详解

MD5算法采用迭代型Hash函数的一般结构，算法框图如图6-4所示。算法的输入为任意长的消息M，它的长度为X bit，分为长512bit的块，每个块又划分为16个32bit的子块。算法的输出由4个32bit的块组成，将它们级联成一个128bit的消息摘要。

MD5算法对任意长的消息处理过程如下：

图6-4 MD5算法框图

（1）消息填充

对长度为X bit的消息填充，使填充后的消息比特长度X₁≡448mod 512，即填充后的消息长度为512bit的某一倍数减64bit，留出的64bit备第（2）步使用。填充方式是固定的，即第1位为1，其后各位皆为0。如果消息长度X为448bit，仍需填充512bit，使其长度变为960bit，因此填充的比特数大于或等于1而小于或等于512。

（2）附加上消息的长度值

用步骤（1）留出的64bit以Little-endian方式来表示消息被填充前的长度值。如果消息长度大于2⁶⁴，则以2⁶⁴为模数取模，即64bit存放的是Xmod 2⁶⁴的二进制表示值。

Little-endian方式是指数据的低位有效字节（或低位有效位）存于低地址字节（或位），高位有效字节（或高位有效位）存于高地址字节（或位）的存储方式。相反的存储方式称为Big-endian方式。

前两步执行完后，消息的长度为512bit的倍数（设为L倍），则可将消息划分为L个长度为512bit的块m₀，m₁，…，m_L-1，而每一块又可划分为16个32bit长的子块。

（3）缓冲区初始化

算法使用了长度为128bit的缓冲区以存储中间结果和最终的消息摘要，缓冲区可表示为长度为4个32bit的寄存器A、B、C、D，每个寄存器都以Little-endian方式存储数据，其初值（用十六进制表示）取为(www.xing528.com)

A=01234567

B=89abcdef

C=fedcba98

D=76543210

（4）压缩函数处理

以块为单位对消息进行处理，每一消息块m_j（j=0，…，L-1）都经一压缩函数HMD5处理。压缩函数有4轮处理过程，每一轮由16步迭代组成，如图6-5所示。

（5）输出消息摘要

L个消息块m_j（j=0，…，L-1）都被处理完后，最后一个压缩函数的输出即为产生的128bit消息摘要。

图6-5 HMD5的压缩函数