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），<<<s表示循环左移s位，则四种操作为：
ff(a,b,c,d,mj,s,ti)表示a=b+((a+(f(b,c,d)+mj+ti)<<<s)
gg(a,b,c,d,mj,s,ti)表示a=b+((a+(g(b,c,d)+mj+ti)<<<s)
hh(a,b,c,d,mj,s,ti)表示a=b+((a+(h(b,c,d)+mj+ti)<<<s)
ii(a,b,c,d,mj,s,ti)表示a=b+((a+(i(b,c,d)+mj+ti)<<<s)
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 12 10] [cdab 10 17 11] [bcda 11 22 12]
[abcd 12 7 13] [dabc 13 12 14] [cdab 14 17 15] [bcda 15 22 16]
/* 第2轮* */
/* 以 [abcd k s i]表示如下操作
a = b + ((a + g(b,c,d) + x[k] + t[i]) <<< s). */
/* do the following 16 operations. */
[abcd 1 5 17] [dabc 6 9 18] [cdab 11 14 19] [bcda 0 20 20]
[abcd 5 5 21] [dabc 10 9 22] [cdab 15 14 23] [bcda 4 20 24]
[abcd 9 5 25] [dabc 14 9 26] [cdab 3 14 27] [bcda 8 20 28]
[abcd 13 5 29] [dabc 2 9 30] [cdab 7 14 31] [bcda 12 20 32]
/* 第3轮*/
/* 以 [abcd k s i]表示如下操作
a = b + ((a + h(b,c,d) + x[k] + t[i]) <<< s). */
/* do the following 16 operations. */
[abcd 5 4 33] [dabc 8 11 34] [cdab 11 16 35] [bcda 14 23 36]
[abcd 1 4 37] [dabc 4 11 38] [cdab 7 16 39] [bcda 10 23 40]
[abcd 13 4 41] [dabc 0 11 42] [cdab 3 16 43] [bcda 6 23 44]
[abcd 9 4 45] [dabc 12 11 46] [cdab 15 16 47] [bcda 2 23 48]
/* 第4轮*/
/* 以 [abcd k s i]表示如下操作
a = b + ((a + i(b,c,d) + x[k] + t[i]) <<< s). */
/* do the following 16 operations. */
[abcd 0 6 49] [dabc 7 10 50] [cdab 14 15 51] [bcda 5 21 52]
[abcd 12 6 53] [dabc 3 10 54] [cdab 10 15 55] [bcda 1 21 56]
[abcd 8 6 57] [dabc 15 10 58] [cdab 6 15 59] [bcda 13 21 60]
[abcd 4 6 61] [dabc 11 10 62] [cdab 2 15 63] [bcda 9 21 64]
/* 然后进行如下操作 */
a = a + aa
b = b + bb
c = c + cc
d = d + dd
next i /* 结束对i的循环*/
第六步，输出结果。
a，b，c，d连续存放，共16个字节，128位。按十六进制依次输出这个16个字节。
最后，用程序语言实现算法后，可以输入以下几个信息对程序作一个简单的测试，
看看程序有没有错误。
md5 ("") = d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e
md5 ("a") = 0cc175b9c0f1b6a831c399e269772661
md5 ("abc") = 900150983cd24fb0d6963f7d28e17f72
md5 ("message digest") = f96b697d7cb7938d525a2f31aaf161d0
md5 ("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz") = c3fcd3d76192e4007dfb496cca67e13b
md5 ("abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789") =
d174ab98d277d9f5a5611c2c9f419d9f
md5 ("123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890") = 57edf4a22be3c955ac49da2e2107b67a
md5算法之c#程序
md5算法比较特别，最适合用汇编语言来写，好多高级语言对之无能无力或效率极低。
比如我最开始尝试用python和euphoria编写，发现不太容易。相比而言，c#作为c家簇
中新兴的一门.net语言，功能比较全面。花了一晚上的工夫终于用c#最先实现了md5。
主要是由于对算法的一些细节不太注意，结果输出总是不对，调试了好长时间。
[code]
//源文件：md5.cs
// md5 alogrithm
// by rufi 2004.6.20 http://rufi.yculblog.com/
using system;
using system.collections;
using system.io;
public class md5 {
//static state variables
private static uint32 a;
private static uint32 b;
private static uint32 c;
private static uint32 d;
//number of bits to rotate in tranforming
private const int s11 = 7;
private const int s12 = 12;
private const int s13 = 17;
private const int s14 = 22;
private const int s21 = 5;
private const int s22 = 9;
private const int s23 = 14;
private const int s24 = 20;
private const int s31 = 4;
private const int s32 = 11;
private const int s33 = 16;
private const int s34 = 23;
private const int s41 = 6;
private const int s42 = 10;
private const int s43 = 15;
private const int s44 = 21;
/* f, g, h and i are basic md5 functions.
* 四个非线性函数:
*
* 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))
*
* （&与，|或，~非，^异或）
*/
private static uint32 f(uint32 x,uint32 y,uint32 z){
return (x&y)|((~x)&z);
}
private static uint32 g(uint32 x,uint32 y,uint32 z){
return (x&z)|(y&(~z));
}
private static uint32 h(uint32 x,uint32 y,uint32 z){
return x^y^z;
}
private static uint32 i(uint32 x,uint32 y,uint32 z){
return y^(x|(~z));
}
/* ff, gg, hh, and ii transformations for rounds 1, 2, 3, and 4.
* rotation is separate from addition to prevent recomputation.
*/
private static void ff(ref uint32 a,uint32 b,uint32 c,uint32 d,uint32 mj,int s,uint32 ti){
a = a + f(b,c,d) + mj + ti;
a = a << s | a >> (32-s);
a += b;
}
private static void gg(ref uint32 a,uint32 b,uint32 c,uint32 d,uint32 mj,int s,uint32 ti){
a = a + g(b,c,d) + mj + ti;
a = a << s | a >> (32-s);
a += b;
}
private static void hh(ref uint32 a,uint32 b,uint32 c,uint32 d,uint32 mj,int s,uint32 ti){
a = a + h(b,c,d) + mj + ti;
a = a << s | a >> (32-s);
a += b;
}
private static void ii(ref uint32 a,uint32 b,uint32 c,uint32 d,uint32 mj,int s,uint32 ti){
a = a + i(b,c,d) + mj + ti;
a = a << s | a >> (32-s);
a += b;
}
private static void md5_init(){
a=0x67452301; //in memory, this is 0x01234567
b=0xefcdab89; //in memory, this is 0x89abcdef
c=0x98badcfe; //in memory, this is 0xfedcba98
d=0x10325476; //in memory, this is 0x76543210
}
private static uint32[] md5_append(byte[] input){
int zeros=0;
int ones =1;
int size=0;
int n = input.length;
int m = n%64;
if( m < 56 ){
zeros = 55-m;
size=n-m+64;
}
else if (m==56){
zeros = 0;
ones = 0;
size=n+8;
}
else{
zeros = 63-m+56;
size=n+64-m+64;
}
arraylist bs = new arraylist(input);
if(ones==1){
bs.add( (byte)0x80 ); // 0x80 = $10000000
}
for(int i=0;i<zeros;i++){
bs.add( (byte)0 );
}
uint64 n = (uint64) n * 8;
byte h1=(byte)(n&0xff);
byte h2=(byte)((n>>8)&0xff);
byte h3=(byte)((n>>16)&0xff);
byte h4=(byte)((n>>24)&0xff);
byte h5=(byte)((n>>32)&0xff);
byte h6=(byte)((n>>40)&0xff);
byte h7=(byte)((n>>48)&0xff);
byte h8=(byte)(n>>56);
bs.add(h1);
bs.add(h2);
bs.add(h3);
bs.add(h4);
bs.add(h5);
bs.add(h6);
bs.add(h7);
bs.add(h8);
byte[] ts=(byte[])bs.toarray(typeof(byte));
/* decodes input (byte[]) into output (uint32[]). assumes len is
* a multiple of 4.
*/
uint32[] output = new uint32[size/4];
for(int64 i=0,j=0;i<size;j++,i+=4){
output[j]=(uint32)(ts[i] | ts[i+1]<<8 | ts[i+2]<<16 | ts[i+3]<<24);
}
return output;
}
private static uint32[] md5_trasform(uint32[] x){
uint32 a,b,c,d;
for(int k=0;k<x.length;k+=16){
a=a;
b=b;
c=c;
d=d;
/* round 1 */
ff (ref a, b, c, d, x[k+ 0], s11, 0xd76aa478); /* 1 */
ff (ref d, a, b, c, x[k+ 1], s12, 0xe8c7b756); /* 2 */
ff (ref c, d, a, b, x[k+ 2], s13, 0x242070db); /* 3 */
ff (ref b, c, d, a, x[k+ 3], s14, 0xc1bdceee); /* 4 */
ff (ref a, b, c, d, x[k+ 4], s11, 0xf57c0faf); /* 5 */
ff (ref d, a, b, c, x[k+ 5], s12, 0x4787c62a); /* 6 */
ff (ref c, d, a, b, x[k+ 6], s13, 0xa8304613); /* 7 */
ff (ref b, c, d, a, x[k+ 7], s14, 0xfd469501); /* 8 */
ff (ref a, b, c, d, x[k+ 8], s11, 0x698098d8); /* 9 */
ff (ref d, a, b, c, x[k+ 9], s12, 0x8b44f7af); /* 10 */
ff (ref c, d, a, b, x[k+10], s13, 0xffff5bb1); /* 11 */
ff (ref b, c, d, a, x[k+11], s14, 0x895cd7be); /* 12 */
ff (ref a, b, c, d, x[k+12], s11, 0x6b901122); /* 13 */
ff (ref d, a, b, c, x[k+13], s12, 0xfd987193); /* 14 */
ff (ref c, d, a, b, x[k+14], s13, 0xa679438e); /* 15 */
ff (ref b, c, d, a, x[k+15], s14, 0x49b40821); /* 16 */
/* round 2 */
gg (ref a, b, c, d, x[k+ 1], s21, 0xf61e2562); /* 17 */
gg (ref d, a, b, c, x[k+ 6], s22, 0xc040b340); /* 18 */
gg (ref c, d, a, b, x[k+11], s23, 0x265e5a51); /* 19 */
gg (ref b, c, d, a, x[k+ 0], s24, 0xe9b6c7aa); /* 20 */
gg (ref a, b, c, d, x[k+ 5], s21, 0xd62f105d); /* 21 */
gg (ref d, a, b, c, x[k+10], s22, 0x2441453); /* 22 */
gg (ref c, d, a, b, x[k+15], s23, 0xd8a1e681); /* 23 */
gg (ref b, c, d, a, x[k+ 4], s24, 0xe7d3fbc8); /* 24 */
gg (ref a, b, c, d, x[k+ 9], s21, 0x21e1cde6); /* 25 */
gg (ref d, a, b, c, x[k+14], s22, 0xc33707d6); /* 26 */
gg (ref c, d, a, b, x[k+ 3], s23, 0xf4d50d87); /* 27 */
gg (ref b, c, d, a, x[k+ 8], s24, 0x455a14ed); /* 28 */
gg (ref a, b, c, d, x[k+13], s21, 0xa9e3e905); /* 29 */
gg (ref d, a, b, c, x[k+ 2], s22, 0xfcefa3f8); /* 30 */
gg (ref c, d, a, b, x[k+ 7], s23, 0x676f02d9); /* 31 */
gg (ref b, c, d, a, x[k+12], s24, 0x8d2a4c8a); /* 32 */
/* round 3 */
hh (ref a, b, c, d, x[k+ 5], s31, 0xfffa3942); /* 33 */
hh (ref d, a, b, c, x[k+ 8], s32, 0x8771f681); /* 34 */
hh (ref c, d, a, b, x[k+11], s33, 0x6d9d6122); /* 35 */
hh (ref b, c, d, a, x[k+14], s34, 0xfde5380c); /* 36 */
hh (ref a, b, c, d, x[k+ 1], s31, 0xa4beea44); /* 37 */
hh (ref d, a, b, c, x[k+ 4], s32, 0x4bdecfa9); /* 38 */
hh (ref c, d, a, b, x[k+ 7], s33, 0xf6bb4b60); /* 39 */
hh (ref b, c, d, a, x[k+10], s34, 0xbebfbc70); /* 40 */
hh (ref a, b, c, d, x[k+13], s31, 0x289b7ec6); /* 41 */
hh (ref d, a, b, c, x[k+ 0], s32, 0xeaa127fa); /* 42 */
hh (ref c, d, a, b, x[k+ 3], s33, 0xd4ef3085); /* 43 */
hh (ref b, c, d, a, x[k+ 6], s34, 0x4881d05); /* 44 */
hh (ref a, b, c, d, x[k+ 9], s31, 0xd9d4d039); /* 45 */
hh (ref d, a, b, c, x[k+12], s32, 0xe6db99e5); /* 46 */
hh (ref c, d, a, b, x[k+15], s33, 0x1fa27cf8); /* 47 */
hh (ref b, c, d, a, x[k+ 2], s34, 0xc4ac5665); /* 48 */
/* round 4 */
ii (ref a, b, c, d, x[k+ 0], s41, 0xf4292244); /* 49 */
ii (ref d, a, b, c, x[k+ 7], s42, 0x432aff97); /* 50 */
ii (ref c, d, a, b, x[k+14], s43, 0xab9423a7); /* 51 */
ii (ref b, c, d, a, x[k+ 5], s44, 0xfc93a039); /* 52 */
ii (ref a, b, c, d, x[k+12], s41, 0x655b59c3); /* 53 */
ii (ref d, a, b, c, x[k+ 3], s42, 0x8f0ccc92); /* 54 */
ii (ref c, d, a, b, x[k+10], s43, 0xffeff47d); /* 55 */
ii (ref b, c, d, a, x[k+ 1], s44, 0x85845dd1); /* 56 */
ii (ref a, b, c, d, x[k+ 8], s41, 0x6fa87e4f); /* 57 */
ii (ref d, a, b, c, x[k+15], s42, 0xfe2ce6e0); /* 58 */
ii (ref c, d, a, b, x[k+ 6], s43, 0xa3014314); /* 59 */
ii (ref b, c, d, a, x[k+13], s44, 0x4e0811a1); /* 60 */
ii (ref a, b, c, d, x[k+ 4], s41, 0xf7537e82); /* 61 */
ii (ref d, a, b, c, x[k+11], s42, 0xbd3af235); /* 62 */
ii (ref c, d, a, b, x[k+ 2], s43, 0x2ad7d2bb); /* 63 */
ii (ref b, c, d, a, x[k+ 9], s44, 0xeb86d391); /* 64 */
a+=a;
b+=b;
c+=c;
d+=d;
}
return new uint32[]{a,b,c,d};
}
public static byte[] md5array(byte[] input){
md5_init();
uint32[] block = md5_append(input);
uint32[] bits = md5_trasform(block);
/* encodes bits (uint32[]) into output (byte[]). assumes len is
* a multiple of 4.
*/
byte[] output=new byte[bits.length*4];
for(int i=0,j=0;i<bits.length;i++,j+=4){
output[j] = (byte)(bits[i] & 0xff);
output[j+1] = (byte)((bits[i] >> 8) & 0xff);
output[j+2] = (byte)((bits[i] >> 16) & 0xff);
output[j+3] = (byte)((bits[i] >> 24) & 0xff);
}
return output;
}
public static string arraytohexstring(byte[] array,bool uppercase){
string hexstring="";
string format="x2";
if(uppercase){
format="x2";
}
foreach(byte b in array){
hexstring += b.tostring(format);
}
return hexstring;
}
public static string mdstring(string message){
char[] c = message.tochararray();
byte[] b = new byte[c.length];
for(int i=0;i<c.length;i++){
b[i]=(byte)c[i];
}
byte[] digest = md5array(b);
return arraytohexstring(digest,false);
}
public static string mdfile(string filename){
filestream fs=file.open(filename,filemode.open,fileaccess.read);
byte[] array=new byte[fs.length];
fs.read(array,0,(int)fs.length);
byte[] digest = md5array(array);
fs.close();
return arraytohexstring(digest,false);
}
public static string test(string message){
return "rnmd5 (""+message+"") = " + md5.mdstring(message);
}
public static string testsuite(){
string s = "";
s+=test("");
s+=test("a");
s+=test("abc");
s+=test("message digest");
s+=test("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz");
s+=test("abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789");
s+=test("12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890");
return s;
}
}
[/code]
