文章目录
- 一、MD5 介绍
- 二、MD5 原理
- 三、MD5 C++开发实例
- 四、生日冲突算法
一、MD5 介绍
MD5（Message Digest Algorithm 5）是一种广泛用于产生消息摘要（哈希值）的算法。MD5 属于 MD（Message Digest）家族，设计用于生成128位（16字节）的哈希值。然而，由于其设计上的一些弱点，MD5 在一些安全应用中被认为不再安全。
以下是 MD5 的一些特点和用途：
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固定输出长度： MD5 生成的哈希值始终是128位长，不论输入的长度如何。
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快速计算： MD5 的计算速度相对较快，适用于对大量数据进行哈希的场景。
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不可逆性： MD5 是一个单向哈希函数，即从哈希值不能逆向推导出原始输入。
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抗碰撞性： MD5 的抗碰撞性较差，即找到两个不同的输入产生相同的哈希值的可能性相对较高。这使得 MD5 在某些安全场景下不再适用。
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广泛应用： 在过去，MD5 曾被广泛用于校验文件完整性、存储密码等。然而，由于其已知的弱点，现在在许多安全应用中不再建议使用。
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安全性问题： MD5 已经被证明对碰撞性攻击是脆弱的，即攻击者可以找到两个不同的输入，它们产生相同的 MD5 哈希值。因此，MD5 在密码存储和数字签名等领域的使用不再被推荐。
由于 MD5 的不足，安全专家现在更倾向于使用更强大的哈希算法，例如 SHA-256 和 SHA-3。在安全敏感的应用中，不建议使用 MD5。
二、MD5 原理
MD5（Message Digest Algorithm 5）是一种使用散列函数生成固定长度（128位或16字节）消息摘要的算法。MD5 的原理涉及多轮迭代、逻辑运算和特定的置换函数。以下是 MD5 算法的基本原理：
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填充（Padding）： MD5 对输入进行填充以确保其长度是64的整数倍。填充通常是在消息的末尾添加比特位。填充的最后64位表示消息的原始长度。
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初始化变量（Initialization）： MD5 使用4个32位的寄存器（A、B、C、D）作为其内部状态。这些寄存器初始设置为特定的常量值。
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分块处理（Processing Blocks）： MD5 将填充后的消息分成512位的块，每个块包含16个32位字。对于每个块，MD5 进行一系列的操作来更新内部状态寄存器。
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循环操作（Rounds）： MD5 算法包括6服务器托管网4个循环操作，每个操作中使用不同的置换函数、常数和位移。这些操作对寄存器进行更新，并使用消息块中的字。
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置换函数（Round Functions）： 每个循环操作包括四轮，其中使用一个置换函数。这些置换函数是位运算、逻辑运算和非线性函数的组合。它们被设计为在每轮中引入复杂性，增加算法的抗碰撞性。
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结果生成（Output Digest）： 最后一轮操作完成后，MD5 将四个寄存器的内容连接成一个128位的哈希值，这就是 MD5 的输出。
MD5 的弱点主要来自于其设计上的一些缺陷，这导致在现代密码学中不再被认为是安全的。尤其是碰撞性攻击，即找到两个不同的输入，它们产生相同的 MD5 哈希值，已经被广泛证明是可行的。因此，在安全应用中，推荐使用更强大和安全的哈希算法，如 SHA-256 或 SHA-3。
三、MD5 C++开发实例
在使用 OpenSSL 进行 MD5 哈希的 C++ 示例中，你可以使用 OpenSSL 的 EVP 库。以下是一个简单的示例代码，演示如何在 Linux 上使用 OpenSSL 进行 MD5 哈希：
#include
#include
#include
#include
std::string md5(const std::string &input) {
// 初始化 OpenSSL 的 EVP
EVP_MD_CTX *mdctx;
const EVP_MD *md;
mdctx = EVP_MD_CTX_new();
md = EVP_md5();
// 初始化 MD5 上下文
EVP_DigestInit_ex(mdctx, md, NULL);
// 更新上下文
EVP_DigestUpdate(mdctx, input.c_str(), input.length());
// 获取 MD5 结果
unsigned char md_value[EVP_MAX_MD_SIZE];
unsigned int md_len;
EVP_DigestFinal_ex(mdctx, md_value, &md_len);
// 释放上下文
EVP_MD_CTX_free(mdctx);
// 将结果转为十六进制字符串
std::string result;
for (unsigned int i = 0; i md_len; i++) {
char hex[3];
sprintf(hex, "%02x", md_value[i]);
result += hex;
}
return result;
}
int main() {
std::string input = "Hello, MD5!";
std::string hash = md5(input);
std::cout "Input: " input std::endl;
std::cout "MD5 Hash: " hash std::endl;
return 0;
}
在这个例子中，我们使用 OpenSSL 的 EVP 库计算输入字符串的 MD5 哈希。请确保你的系统上已经安装了 OpenSSL 库，并且在编译时链接了相应的库。你可以使用以下命令编译这个程序：
g++ -o md5_example md5_example.cpp -lssl -lcrypto
这个程序会输出输入字符串和相应的 MD5 哈希值。请注意，对于安全性要求高的应用，不再建议使用 MD5，而是应该考虑更强大和安全的哈希函数，例如 SHA-256。
四、生日冲突算法
生日攻击是一种哈希函数攻击方法，其名称来自于生日悖论。生日悖论指的是在一个群体中，只需要有23个人，就有一半以上的概率至少有两个人生日相同。在哈希函数中，生日攻击利用了这种悖论，试图找到两个不同的输入，它们产生相同的哈希值。
对于 MD5 这样的128位哈希函数，生日攻击的复杂度是264，因为哈希值的位数是128位。这意味着，在经过264个不同的输入尝试后，有一半以上的概率会找到两个具有相同哈希值的输入。
生日攻击的基本步骤如下：
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选择随机输入： 从输入空间中选择随机的不同输入。
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计算哈希值： 对每个输入计算哈希值。
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查找碰撞： 检查已计算的哈希值，看是否有两个不同的输入具有相同的哈希值。
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重复： 如果没有找到碰撞，重复这个过程。
由于生日攻击的复杂度相对较低，MD5 已经被证明对碰撞性攻击是脆弱的，而且可以在相对较短的时间内找到碰撞。因此，MD5 不再被推荐用于对安全性要求较高的场景，如密码存储或数字签名。
对抗生日攻击的一种方式是使用更长的哈希函数，例如 SHA-256 或 SHA-3，它们的输出比 MD5 更长，从而提高了生日攻击的复杂度。
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这一年 博主是个在校大三的程序员，所在专业是数据科学与大数据技术，不过我自己选择的技术栈则是C++那块的。回想起大二时懵懵懂懂转过来大数据专业，当时什么也不懂，编程的世界对我来说也似乎遥不可及，当时服务器托管网我总是在想，为什么别人能想到这么写？我真的适合…
