文章目錄

• 一、環境說明
• 二、演算法原理概述
• 三、程式設計
• 資料結構
• 重要模組步驟
• 四、執行結果

一、環境說明

作業系統：window10

程式語言：Java （JDK版本 11.0.1）

使用IDE：Intellij IDEA

二、演算法原理概述

整個MD5（資訊摘要演算法5）的基本過程可以概括為以下幾個步驟：

1. 填充：訊息為 $K$

   K bits的原始訊息資料尾部填充長度為 $P$ bits的標識
   ≤ P ≤ 512 1000...0 \, 1\le P \le 512 （至少要填充一個bit) 。使得填充後的訊息位數滿足 $K$
   + P ≡ 448 ( m o d   512 ) K + P \equiv 448 (mod \, 512) (注：當 $K \equiv 448(mod \, 512)$)時， $P = 512$。

   填充好的訊息尾部需要在附加 $K$值的低64位即 $K \, mod \,2^{64}$。 最終結果得到 $K + P + 64 \equiv 0 (mod \, 512)$的填充訊息。

2. 分塊：把填充之後的訊息結果分割為 $L$個 $512-bit$ 分組： $Y_0..Y_{L-1}$ 。也是 $L$個64位元組的分組。

3. 緩衝區初始化：初始化一個 $128-bit$的MD緩衝區，記為 $CV_q$，表示成4個 $32-bit (4個byte)$ 的暫存器 $(A,B,C,D)$； $CV_0 = IV (IV為16進位制初值)$。

   

4. 迴圈壓縮 ：對L個訊息分組 $Y_q(q = 0, 1,...L-1)$ ，逐個經過4重迴圈的壓縮演算法。表示為：

   $CV_0 = IV$

   $CV_i = H_{MD5}(CV_{i-1}, Y_i)$

5. 得出結果：最後一個訊息分組經過 $H_{MD5}$壓縮得到MD5結果為MD值，即 $MD = CV_L$。

   ​

整個加密演算法的基本流程如上。而整個加密演算法的核心步驟在於 $H_{MD5}$壓縮函式流程如下。

1. 總控流程： $H_{MD5}$ 從 $CV$輸入128位，分配到緩衝區 $(A,B,C,D)$，從訊息分組輸入512位 $Y_q$ ，經過4輪迴圈，每次迴圈16次迭代（共64次迭代）之後，得到用於下一輪的輸入的 $CV$值。如果 $Yq = Y_{L-1}$，即輸出MD5值。

2. 每輪迴圈：結合T表元素 $T[]$和訊息分組的不同部分 $X[]$，每輪固定不同的生成函式 $F，G，H，I$做16次迭代運算，生成下一輪迴圈的輸入。

3. 四個生成函式 $F,G,H,I$：

4. 訊息分組的內容：需要靠下標k來進行運算得到參與 迭代的訊息部分，代表當前處理訊息分組的第 $k$個 $(k = 0...15)32$位字，即 $M_{q × 16 + k}$。

   在各輪迴圈中第 $i$ 次迭代 $(i = 1..16)$ 使用的 $X[k]$ 的確定：

   ​ 設 $j = i -1$：
   ◌ 第1輪迭代： $k = j$.
   順序使用 $ X[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10,11,12,13,14,15]$
   ◌ 第2輪迭代： $k = (1 + 5j) mod 16$.
   順序使用 $X[1,6,11,0,5,10,$