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MD5算法全解析

前言

这段时间刚好正在做软件安全的实验和课设,学习了各种加密算法,比如对称加密算法的DES,AES;非对称加密算法的RSA;再如今天要讲的主角-单向加密算法的MD5。为什么这么多算法,MD5成为了今天的猪脚呢?,这是因为个人感觉在目前Android开发中MD5算是比较常用的,所以很值得一讲。所以今天让我带你们来全面认识我们的主角MD5。

一、基本概念

1. 单向加密算法

在介绍MD5算法前,很有必要解释一下单向加密算法。单向加密,人如其名,就是只能单向对明文进行加密,而不能逆向通过密文得到明文。该算法在加密过程中,在得到明文后,经过加密算法得到密文,不需要使用密钥。因为没有密钥,所以就无法通过密文得到明文。

2. MD5算法

MD5,全称Message Digest Algorithm 5,翻译过来就是消息摘要算法第5版,是计算机安全领域广泛使用的一种散列函数,用于确保信息传输的完整性。MD5算法是由MD2、MD3、MD4演变而来,是一种单向加密算法,一种不可逆的加密方式。

二、特点

1.长度固定

不过多长的数据,经过MD5加密后其MD5值长度都是固定的。MD5值长度固定为128位,而最后的值一般都用16进制数字表示,一个16进制数字占4位,所以最后的MD5值都是用32个16进制数字表示。

2.计算简单

MD5算法说到底还是散列算法,或者叫做哈希算法,所以计算一个数据的MD5值是比较容易的,同时加密速度也是很快的。

3.抗修改性

对原数据进行任何改动,哪怕只是修改1个字节,所得到的MD5值都有很大的区别。

4.强抗碰撞性

已知原数据和其MD5值,很难找到具有相同MD5值的数据,即很难伪造数据。这里的碰撞在后面的安全性中会提到,在这里我们简单理解为一种破解手段。

三、原理

1.填充数据

首先计算数据长度(bit)对512求余的结果,如果不等于448,就需要填充数据使得数据长度对512求余的结果为448,其填充方式为第一位填充1,其余位填充0.填充后数据长度为512*N+448。

2.记录数据长度

用64位来存储填充前数据的长度,这64位将加在填充后数据的后面,这样最终的数据长度为512*N+448+64=(N+1)*512

3.装入标准幻数

标准幻数其实就是4个整数,我们知道最终的MD5值长度为128位,按32位分成一组的话可以分成4组,而这4组结果就是由这4个标准幻数A,B,C,D经过不断演变得到。在MD5官方的实现中,四个幻数为(16进制):

A=01234567
B=89ABCDEF
C=FEDCBA98
D=76543210
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其实上面是大端字节序的幻数,而在正常程序中,我们实现的是小端字节序,所以在程序中我们定义的幻数应该是:

A=0X67452301
B=0XEFCDAB89
C=0X98BADCFE
D=0X10325476
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4.四轮循环运算

在上面对数据处理后,数据长度将是(N+1)/512,我们将每512位(64字节)作为一块,总共要循环N+1次,并将块细分为16个小组,每组的长度为32位(4字节),这16个小组即为一轮,总共得循环4轮,即64次循环。总的来说我们需要(N+1)个主循环,每个主循环包含了64次子循环,来不断的改变幻数A,B,C,D才能最终得到数据的MD5值。

4.1 相关系数说明

1)4个非线性函数

  • F(x,y,z)=(x&y)|((~x)&z)
  • G(x,y,z)=(x&z)|(y&(~z))
  • H(x,y,z)=x^y^z
  • I(x,y,z)=y^(x|(~z))

在4轮循环中,F,G,H,I会交替使用,第一轮使用F,第二轮使用G,第三轮使用H,第四轮使用I。即每隔16次循环会换一个函数。

2)Mi

将每一块512位分成16等分,命名为M0~M15,每一等份长度为32位16次循环中,交替使用

3) Kj

常量数组,在64子循环中用到的常量都是不同的

4) s

左移量,每轮循环用的S各不相同,每轮总共有4个左移量,每4次循环为一周期

4.2 核心公式

总共有四个核心公式,与4个非线性函数一一对应,即每轮使用的核心公式里的公式有差异。

  • FF(a,b,c,d,Mi,s,Kj):表示b+((a+F(b,c,d)+Mi+Kj)<<<s)
  • GG(a,b,c,d,Mi,s,Kj):表示b+((a+G(b,c,d)+Mi+Kj)<<<s)
  • HH(a,b,c,d,Mi,s,Kj):表示b+((a+H(b,c,d)+Mi+Kj)<<<s)
  • II(a,b,c,d,Mi,s,Kj):表示b+((a+I(b,c,d)+Mi+Kj)<<<s)

四、算法实现

public class MD5 {
    //16进制数字
    private static final String[] hexes = {"0", "1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9", "a", "b", "c", "d", "e", "f"};
    //标准的幻数
    private static final long A = 0X67452301;
    private static final long B = 0XEFCDAB89;
    private static final long C = 0X98BADCFE;
    private static final long D = 0X10325476;

    //位移量s,行为轮,总共有4轮,列为每轮中的一次循环,总共16次
    //下面这些S11-S44实际上是一个4*4的矩阵,在四轮循环运算中用到
    private static final int S11 = 7;
    private static final int S12 = 12;
    private static final int S13 = 17;
    private static final int S14 = 22;

    private static final int S21 = 5;
    private static final int S22 = 9;
    private static final int S23 = 14;
    private static final int S24 = 20;

    private static final int S31 = 4;
    private static final int S32 = 11;
    private static final int S33 = 16;
    private static final int S34 = 23;

    private static final int S41 = 6;
    private static final int S42 = 10;
    private static final int S43 = 15;
    private static final int S44 = 21;

    //结果,共4*32=128位,初始值为幻数
    private long[] result = {A, B, C, D};


    /**
     * 计算字符串数据的MD5值并返回
     *
     * @param src 数据
     * @return 返回数据的MD5值
     */
    public String digest(String src) {
        byte[] inputBytes = src.getBytes();
        int byteLen = inputBytes.length;//长度(字节)
        //完整分组的个数
        int groupCount = byteLen / 64;//每组512位(64字节)
        long[] group;//每个小组(64字节)再细分后的16个小组(4字节)

        //处理每一个完整分组
        for (int step = 0; step < groupCount; step++) {
            group = divGroup(inputBytes, step * 64);
            trans(group);//处理分组,核心算法
        }

        //处理完整分组后的尾巴
        int rest = byteLen % 64;//512位分组后的余数
        byte[] tempBytes = new byte[64];
        //56个字节即488
        if (rest <= 56) {
            for (int i = 0; i < rest; i++) tempBytes[i] = inputBytes[byteLen - rest + i];
            //不断填充
            if (rest < 56) {
                //最高位填充1
                tempBytes[rest] = (byte) (1 << 7);
                //其余位填充0
                for (int i = 1; i < 56 - rest; i++)
                    tempBytes[rest + i] = 0;
            }
            long len = (long) (byteLen << 3);
            for (int i = 0; i < 8; i++) {
                tempBytes[56 + i] = (byte) (len & 0xFFL);
                len = len >> 8;
            }
            group = divGroup(tempBytes, 0);
            trans(group);//处理分组
        } else {
            for (int i = 0; i < rest; i++) tempBytes[i] = inputBytes[byteLen - rest + i];
            tempBytes[rest] = (byte) (1 << 7);
            for (int i = rest + 1; i < 64; i++)
                tempBytes[i] = 0;
            group = divGroup(tempBytes, 0);
            trans(group);//处理分组

            for (int i = 0; i < 56; i++) tempBytes[i] = 0;
            long len = (long) (byteLen << 3);
            for (int i = 0; i < 8; i++) {
                tempBytes[56 + i] = (byte) (len & 0xFFL);
                len = len >> 8;
            }
            group = divGroup(tempBytes, 0);
            trans(group);//处理分组
        }

        //将Hash值转换成十六进制的字符串
        String resStr = "";
        long temp;
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            for (int j = 0; j < 4; j++) {
                temp = result[i] & 0x0FL;
                String a = hexes[(int) (temp)];
                result[i] = result[i] >> 4;
                temp = result[i] & 0x0FL;
                resStr += hexes[(int) (temp)] + a;
                result[i] = result[i] >> 4;
            }
        }
        return resStr;
    }

    /**
     * 从inputBytes的index开始取512位,作为新的分组
     * 将每一个512位的分组再细分成16个小组,每个小组32位(8个字节)
     *
     * @param inputBytes
     * @param index
     * @return M
     */
    private static long[] divGroup(byte[] inputBytes, int index) {
        long[] temp = new long[16];
        for (int i = 0; i < 16; i++) {
            temp[i] = b2iu(inputBytes[4 * i + index]) |
                    (b2iu(inputBytes[4 * i + 1 + index])) << 8 |
                    (b2iu(inputBytes[4 * i + 2 + index])) << 16 |
                    (b2iu(inputBytes[4 * i + 3 + index])) << 24;
        }
        return temp;
    }

    /**
     * 这时不存在符号位(符号位存储不再是代表正负),所以需要处理一下
     */
    private static long b2iu(byte b) {
        return b < 0 ? b & 0x7F + 128 : b;
    }

    /**
     * 主要的操作,四轮循环
     * @param groups--每一个分组512位(64字节)
     */
    private void trans(long[] groups) {
        long a = result[0], b = result[1], c = result[2], d = result[3];
        /*第一轮*/
        a = FF(a, b, c, d, groups[0], S11, 0xd76aa478L); /* 1 */
        d = FF(d, a, b, c, groups[1], S12, 0xe8c7b756L); /* 2 */
        c = FF(c, d, a, b, groups[2], S13, 0x242070dbL); /* 3 */
        b = FF(b, c, d, a, groups[3], S14, 0xc1bdceeeL); /* 4 */
        a = FF(a, b, c, d, groups[4], S11, 0xf57c0fafL); /* 5 */
        d = FF(d, a, b, c, groups[5], S12, 0x4787c62aL); /* 6 */
        c = FF(c, d, a, b, groups[6], S13, 0xa8304613L); /* 7 */
        b = FF(b, c, d, a, groups[7], S14, 0xfd469501L); /* 8 */
        a = FF(a, b, c, d, groups[8], S11, 0x698098d8L); /* 9 */
        d = FF(d, a, b, c, groups[9], S12, 0x8b44f7afL); /* 10 */
        c = FF(c, d, a, b, groups[10], S13, 0xffff5bb1L); /* 11 */
        b = FF(b, c, d, a, groups[11], S14, 0x895cd7beL); /* 12 */
        a = FF(a, b, c, d, groups[12], S11, 0x6b901122L); /* 13 */
        d = FF(d, a, b, c, groups[13], S12, 0xfd987193L); /* 14 */
        c = FF(c, d, a, b, groups[14], S13, 0xa679438eL); /* 15 */
        b = FF(b, c, d, a, groups[15], S14, 0x49b40821L); /* 16 */

        /*第二轮*/
        a = GG(a, b, c, d, groups[1], S21, 0xf61e2562L); /* 17 */
        d = GG(d, a, b, c, groups[6], S22, 0xc040b340L); /* 18 */
        c = GG(c, d, a, b, groups[11], S23, 0x265e5a51L); /* 19 */
        b = GG(b, c, d, a, groups[0], S24, 0xe9b6c7aaL); /* 20 */
        a = GG(a, b, c, d, groups[5], S21, 0xd62f105dL); /* 21 */
        d = GG(d, a, b, c, groups[10], S22, 0x2441453L); /* 22 */
        c = GG(c, d, a, b, groups[15], S23, 0xd8a1e681L); /* 23 */
        b = GG(b, c, d, a, groups[4], S24, 0xe7d3fbc8L); /* 24 */
        a = GG(a, b, c, d, groups[9], S21, 0x21e1cde6L); /* 25 */
        d = GG(d, a, b, c, groups[14], S22, 0xc33707d6L); /* 26 */
        c = GG(c, d, a, b, groups[3], S23, 0xf4d50d87L); /* 27 */
        b = GG(b, c, d, a, groups[8], S24, 0x455a14edL); /* 28 */
        a = GG(a, b, c, d, groups[13], S21, 0xa9e3e905L); /* 29 */
        d = GG(d, a, b, c, groups[2], S22, 0xfcefa3f8L); /* 30 */
        c = GG(c, d, a, b, groups[7], S23, 0x676f02d9L); /* 31 */
        b = GG(b, c, d, a, groups[12], S24, 0x8d2a4c8aL); /* 32 */

        /*第三轮*/
        a = HH(a, b, c, d, groups[5], S31, 0xfffa3942L); /* 33 */
        d = HH(d, a, b, c, groups[8], S32, 0x8771f681L); /* 34 */
        c = HH(c, d, a, b, groups[11], S33, 0x6d9d6122L); /* 35 */
        b = HH(b, c, d, a, groups[14], S34, 0xfde5380cL); /* 36 */
        a = HH(a, b, c, d, groups[1], S31, 0xa4beea44L); /* 37 */
        d = HH(d, a, b, c, groups[4], S32, 0x4bdecfa9L); /* 38 */
        c = HH(c, d, a, b, groups[7], S33, 0xf6bb4b60L); /* 39 */
        b = HH(b, c, d, a, groups[10], S34, 0xbebfbc70L); /* 40 */
        a = HH(a, b, c, d, groups[13], S31, 0x289b7ec6L); /* 41 */
        d = HH(d, a, b, c, groups[0], S32, 0xeaa127faL); /* 42 */
        c = HH(c, d, a, b, groups[3], S33, 0xd4ef3085L); /* 43 */
        b = HH(b, c, d, a, groups[6], S34, 0x4881d05L); /* 44 */
        a = HH(a, b, c, d, groups[9], S31, 0xd9d4d039L); /* 45 */
        d = HH(d, a, b, c, groups[12], S32, 0xe6db99e5L); /* 46 */
        c = HH(c, d, a, b, groups[15], S33, 0x1fa27cf8L); /* 47 */
        b = HH(b, c, d, a, groups[2], S34, 0xc4ac5665L); /* 48 */

        /*第四轮*/
        a = II(a, b, c, d, groups[0], S41, 0xf4292244L); /* 49 */
        d = II(d, a, b, c, groups[7], S42, 0x432aff97L); /* 50 */
        c = II(c, d, a, b, groups[14], S43, 0xab9423a7L); /* 51 */
        b = II(b, c, d, a, groups[5], S44, 0xfc93a039L); /* 52 */
        a = II(a, b, c, d, groups[12], S41, 0x655b59c3L); /* 53 */
        d = II(d, a, b, c, groups[3], S42, 0x8f0ccc92L); /* 54 */
        c = II(c, d, a, b, groups[10], S43, 0xffeff47dL); /* 55 */
        b = II(b, c, d, a, groups[1], S44, 0x85845dd1L); /* 56 */
        a = II(a, b, c, d, groups[8], S41, 0x6fa87e4fL); /* 57 */
        d = II(d, a, b, c, groups[15], S42, 0xfe2ce6e0L); /* 58 */
        c = II(c, d, a, b, groups[6], S43, 0xa3014314L); /* 59 */
        b = II(b, c, d, a, groups[13], S44, 0x4e0811a1L); /* 60 */
        a = II(a, b, c, d, groups[4], S41, 0xf7537e82L); /* 61 */
        d = II(d, a, b, c, groups[11], S42, 0xbd3af235L); /* 62 */
        c = II(c, d, a, b, groups[2], S43, 0x2ad7d2bbL); /* 63 */
        b = II(b, c, d, a, groups[9], S44, 0xeb86d391L); /* 64 */

        /*加入到之前计算的结果当中*/
        result[0] += a;
        result[1] += b;
        result[2] += c;
        result[3] += d;
        result[0] = result[0] & 0xFFFFFFFFL;
        result[1] = result[1] & 0xFFFFFFFFL;
        result[2] = result[2] & 0xFFFFFFFFL;
        result[3] = result[3] & 0xFFFFFFFFL;
    }


    /**
     * 线性函数
     */
    private long F(long x, long y, long z) {
        return (x & y) | ((~x) & z);
    }

    private long G(long x, long y, long z) {
        return (x & z) | (y & (~z));
    }

    private long H(long x, long y, long z) {
        return x ^ y ^ z;
    }

    private long I(long x, long y, long z) {
        return y ^ (x | (~z));
    }

    private long FF(long a, long b, long c, long d, long M, long s, long K) {
        a += (F(b, c, d) & 0xFFFFFFFFL) + M + K;
        a = ((a & 0xFFFFFFFFL) << s) | ((a & 0xFFFFFFFFL) >>> (32 - s));
        a += b;
        return (a & 0xFFFFFFFFL);
    }

    private long GG(long a, long b, long c, long d, long M, long s, long K) {
        a += (G(b, c, d) & 0xFFFFFFFFL) + M + K;
        a = ((a & 0xFFFFFFFFL) << s) | ((a & 0xFFFFFFFFL) >>> (32 - s));
        a += b;
        return (a & 0xFFFFFFFFL);
    }

    private long HH(long a, long b, long c, long d, long M, long s, long K) {
        a += (H(b, c, d) & 0xFFFFFFFFL) + M + K;
        a = ((a & 0xFFFFFFFFL) << s) | ((a & 0xFFFFFFFFL) >>> (32 - s));
        a += b;
        return (a & 0xFFFFFFFFL);
    }

    private long II(long a, long b, long c, long d, long M, long s, long K) {
        a += (I(b, c, d) & 0xFFFFFFFFL) + M + K;
        a = ((a & 0xFFFFFFFFL) << s) | ((a & 0xFFFFFFFFL) >>> (32 - s));
        a += b;
        return (a & 0xFFFFFFFFL);
    }


}
复制代码

五、Android中的实现

1.核心算法

1.1 计算字符串的MD5值

public static String encrypt(String src) throws Exception{
        MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
        //得到加密后的字节数组
        byte[] bytes = md5.digest(src.getBytes());
        StringBuilder result = new StringBuilder();
        //将字节数组转换成16进制式的字符串
        for (byte b : bytes) {
            //1个byte为8个bit,一个hex(16)进制为4个bit,故1个byte可以用2个hex表示
            String temp = Integer.toHexString(b & 0xff);
            //不足2长度的用0来补充
            if (temp.length() == 1) {
                temp = "0" + temp;
            }
            result.append(temp);
        }
        //返回最终的字符串
        return result.toString();
}

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1.2 计算文件的MD5值

    public static String getFileMD5(File file){
        if(file == null||!file.exists()) return "";
        FileInputStream in = null;
        byte[] buffer = new byte[1024];
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        int len;
        try {
            MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance("MD5");
            in = new FileInputStream(file);
            while ((len=in.read(buffer))!=-1){
                //计算文件时需要通过分段读取多次调用update来将数据更新给MessageDigest对象
                messageDigest.update(buffer,0,len);
            }
            //真正计算文件的MD5值
            byte[] bytes = messageDigest.digest();
            //将字节数组转换成16进制的字符串
            for(byte b:bytes){
                String temp = Integer.toHexString(b&0xff);
                if(temp.length()!=2){
                    temp = "0"+temp;
                }
                res.append(temp);
            }
            //返回最终的字符串
            return res.toString();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(null!=in){
                try {
                    in.close();
                }catch (Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        return res.toString();
    }
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2.实际应用

2.1 密码认证

密码认证估计是MD5在Android中运用最广泛的地方了。如今,正常的App都少不了注册登录的功能,而注册登录必不可少的就是密码,密码是用户在Android设备注册时需要向服务器发送密码,然后服务器将密码保存。这样就存在一种问题,如果密码以明文发送的的话,很可能在中途被恶意截取。又或者保存在服务器的密码被泄漏,也会造成很大的危害,于是为了用户的安全,一般会采用MD5对密码进行加密,然后将加密后的密码,其实就是密码的MD5值发送给服务器,这样即使MD5值泄漏,不法分子也很难得出正确的密码。而登录判定时,只需判断输入的密码的MD5值与服务器中的MD5值是否相同即可。口说无凭!我们先来看看下面微信公众平台,来证明很多平台的密码是经过MD5加密的。

微信公众平台

首先我们在微信公众平台网页端输入账号和密码

然后我们通过fiddler4爬取请求的接口,通过请求头我们可以找到username和pwd的字段,可以断定是账号和密码,接着核对账号,确认是我们刚刚输入的请求,然后核对pwd字段,结果发现是32位的字符串,我们可以断定这个32位字符串应该是MD5值,因为我们知道MD5值长度固定为128位,然后用16进制表示的话,就是32个16进制数字(128/4)

接着我们使用Wan Android中的MD5加密工具来验证此字符串是否为123456的MD5值。可以对比上下两张图,可以发现两者的字符串是一样的,所以我们可以断定当我们登录微信公众平台时,其密码是经过MD5加密后发送给服务器,然后服务器对比数据库中账号所对应的密码MD5值,由于不相同,所以返回了错误信息

2.2 一致性验证

一致性验证就是文件MD5值的应用,MD5加密时,将整个文件当作一个大文本信息,通过字符串变换算法,产生了唯一的MD5值。在Android中最常用的莫过于文件下载,比如首先服务器会预先给一个完整的文件提供一个MD5值,用户下载该文件后,重新计算文件的MD5值,如果相同,证明文件已经被成功的下载了。如果不相同,则证明文件下载出错或者当前文件还在下载中。在Android中使用计算文件的MD5值需要注意要将该操作放在子线程中操作,因为计算文件MD5值属于耗时操作,不能在主线程运行,否则会出现OOM的情况。

1.百度网盘的秒传

看到这估计有人会有些疑问,什么是秒传功能?不急,待我慢慢道来!

基本概念

假设现在有人分享了一个软件安全书籍的百度云链接给我们,然后我们接下来的操作就是,打开这个链接,接着我们将其保存到我们自己的网盘上,然后你会发现不管这个资源有多大,都能在几秒内保存到我们的网盘上,而这就是所谓的秒传(个人理解有错误请指出)

原理

秒传看上去很神奇,其实原理就是MD5的一致性验证。当我们成功上传资源到自己网盘时,服务器会计算这个完整文件的MD5值,然后保存在服务器上,当下一次要上传文件时,网盘首先会检测服务器是否有相同MD5值的文件,如果有的话,就直接从服务器复制到网盘上,这样就省去了上传的时间

过程

让我们重新解释下上面提到的例子:当分享人在分享软件安全书籍的资源时,一定是通过自己的百度网盘上来进行分享,这就证明该资源已经保存在服务器中,接下来我们打开了这个链接,然后点击保存时,网盘就检测到这个资源的MD5值已经存在在服务器中,所以不需要占用网络带宽,直接复制这个资源到我们的网盘上,从而实现了秒传。总体过程下图:

2.应用程序更新

也许你又纳闷了,应用程序更新为什么需要用到MD5?这是为了友好的用户体验以及安全性考虑,MD5一致性验证可以防止下载的更新APK被恶意篡改或者防止下载的APK不完整造成不良的用户体验。MD5在应用程序更新中的主要作用就是:

  1. 检验APK文件签名是否一致,防止下载被拦截和篡改

  2. 检验下载文件的完整性

五、安全性

上面讲了这么多,你会发现从MD5加密本身来讲这个过程是不可逆的,但并不意味着MD5算法不可破解,破解对于MD5一致性认证没多大影响,但是对于MD5的密码认证来说是致命的。

1. 撞库破解

如果让我们猜密码,肯定会猜“123456”,生日,手机号等,而撞库的原理也就是这么简单。首先建立一个大型的数据库,然后把最常见的,有可能出现的密码,通过MD5加密成密文,并且以这些MD5值为主键加索引,将常见的密码为单列存入数据库中,并通过不断的积累,形成一个巨大的密码MD5数据库,这样当你截取到网络上密码的MD5值时,通过查询这个巨大的数据库来直接匹配MD5值,这就是所谓的撞库。这么一看撞库有点类似穷举法,所以撞库破解的概率是很低的,但也不是说不可能破解。通过下面两个网站就很容易获得原文:

2. MD5加盐

2.1 原理

MD5加密可以通过撞库来破解,因此为了防止内部人员和外部入侵者通过密码的MD5来反查密码明文,需要对密码掺入其它信息,然后算出加工后的密码的MD5值称之为MD5加盐。

2.2 加盐算法

1.账号+密码

这个加盐算法很简单,就是将当注册时将用户名和密码组合起来,然后计算其组合的MD5值作为密码发送到服务器上,这样就能增加反查的难度。但是这个加盐算法也存在问题,当应用程序提供修改用户名这一功能时,当用户名发生变化时,密码就不可用了(如果要用,就必须重新计算新的用户名和密码的MD5值然后发送给服务器,这样修改用户名,等于修改密码的功能)

2.随机数

原理

我们知道MD5加密有个特性,一个数据的MD5值永远都是一样的,也正是因为这个特性才有了MD5一致性的验证,但是也是撞库破解的一个入口。正是因为密码的MD5值永远都是一样的,所以可以根据MD5值直接从数据库中查询出密码。因此随机数算法就是给密码加入随机数然后生成新的MD5值,这样破坏这个特性,让密码的MD5值每次都是不一样的。

核心算法

  /**
     * MD5加盐
     * @param password 密码
     * @return 密码加盐后的MD5值
     */
    public static String salting(String password){
        Random random = new Random();
        //随机数字符串最大容量为16位
        StringBuilder sb = new StringBuilder(16);
        //生成最多为16位的随机字符串
        sb.append(random.nextInt(99999999)).append(random.nextInt(99999999));
        int len = sb.length();
        //由于随机字符串的长度不一定都是16位,做统一16位长度处理
        if(len<16){
            for (int i = 0; i < 16-len; i++) {
                //在后面补0
                sb.append("0");
            }
        }
        //盐
        String salt = sb.toString();
        //得到加盐后密码的16进制字符串,此时password的长度为32
        password = md5toHex(password+salt);

        //最终的结果长度为48位
        char[] res = new char[48];
        //48位中,按一定的规则将加盐后的password存入res中
        //总共循环16次
        for (int i = 0; i < 48; i+=3) {
            res[i] = password.charAt(i/3*2);
            res[i+1] = salt.charAt(i/3);
            res[i+2] = password.charAt(i/3*2+1);
        }
        //最终的md5值为48位,由16位随机字符串和密码加盐后的md5值组成
        return new String(res);
    }

    /**
     * 验证服务器中的密码是否与输入的密码一致
     * @param password 输入的密码
     * @param md5 保存在服务器加盐后的md5值
     * @return 密码是否正确
     */
    public static boolean decode(String password,String md5){
        //盐,即随机数
        char[] salt = new char[16];
        //真正加盐后密码的MD5值
        char[] realMd5 = new char[32];
        //按照加盐规则提取出盐和真正的MD5值
        for (int i = 0; i < 48; i+=3) {
            realMd5[i/3*2] = md5.charAt(i);
            salt[i/3] = md5.charAt(i+1);
            realMd5[i/3*2+1] = md5.charAt(i+2);
        }
        //得出密码加盐后的MD5值
        String tempMd5 = md5toHex(password+new String(salt));
        //与从服务器提取出来的真正MD5值进行对比
        return new String(realMd5).equals(tempMd5);
    }

    /**
     * 获取16进制字符串形式的MD5值
     * @param passwordAndSalt 密码加入随机数后的字符串
     */
    private static String md5toHex(String passwordAndSalt){
        try {
            MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance("MD5");
            byte[] bytes = messageDigest.digest(passwordAndSalt.getBytes());
            StringBuilder result = new StringBuilder();
            //将字节数组转换成16进制式的字符串
            for (byte b : bytes) {
                //1个byte为8个bit,一个hex(16)进制为16bit,故1个byte可以用2个hex表示
                String temp = Integer.toHexString(b & 0xff);
                //不足2长度的用0来补充
                if (temp.length() == 1) {
                    temp = "0" + temp;
                }
                result.append(temp);
            }
            //返回最终的字符串
            return result.toString();
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return "";
    }
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流程

上面核心算法的加盐过程和验证如下图所示。

总结

MD5看似是很简单的加密算法,但是搞懂其底层实现原理并没有想象中那么容易。MD5加密算法不仅仅在安卓平台上,在其它平台上也是非常重要的一种加密算法。通过这次对MD5的学习,真的是收益匪浅,不仅仅让我对MD5有了更深的理解,并且认识到了MD5和加密算法的重要性。

参考博客:

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