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一种基于Md5算法的改进加密方法(1)

2008-10-31 16:07 陈小兵 51CTO.com 字号:T | T
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Md5加密算法是目前网络上用得最为广泛的一种加密算法,很多信息系统以及绝大多数网站都是采用Md5加密,通过使用它来加密一些系统登录时的口令以及其它一些信息,而入侵者通过各种方法只要获得用户名以及对应的Md5值,通过暴力破解等方式破解,从而获取其系统的普通用户乃至管理员的权限。本文讨论了Md5加密算法在应用方面遇到的一些问题,并且针对这种问题在基于Md5算法的基础上改进了加密方法,从而使用Md5加密口令方面更加安全。

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【51CTO.com 独家特稿】本文讨论了Md5加密算法在应用方面遇到的一些问题,并且针对这种问题在基于Md5算法的基础上改进了加密方法,从而使用Md5加密口令方面更加安全。

1.前言

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Ronaldl.rivest开发出来,经md2、md3和md4发展而来。它的作用是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密钥前被“压缩”成一种保密的格式。由于md5算法的使用不需要支付任何版权费用的,所以在一般的情况下,md5也不失为一种非常优秀的加密算法,被大量公司和个人广泛使用。2004年8月17日的美国加州圣巴巴拉的国际密码学会议(Crypto’2004)上,来自中国山东大学的王小云教授做了破译MD5、HAVAL-128、 MD4和RIPEMD算法的报告,公布了MD系列算法的破解结果,MD5破解工程权威网站(http://www.md5crk.com)也因此关闭,从此宣布MD5加密算法不再是一种安全的加密算法。

虽然王小云教授公布了破解MD5算法的报告,宣告该算法不再安全,但是对于公司以及普通用户来说,从算法上来破解MD5非常困难,因此MD5仍然算是一种安全的算法。

MD5是一个安全的散列算法,输入两个不同的明文不会得到相同的输出值,根据输出值,不能得到原始的明文,即其过程不可逆;所以要解密MD5没有现成的算法,只能用穷举法,把可能出现的明文,用MD5算法散列之后,把得到的散列值和原始的数据形成一个一对一的映射表,通过比在表中比破解密码的MD5算法散列值,通过匹配从映射表中找出破解密码所对应的原始明文。

对信息系统或者网站系统来说,MD5算法主要用在用户注册口令的加密,对于普通强度的口令加密,可以通过以下三种方式进行破解:

(1)在线查询密码。一些在线的MD5值查询网站提供MD5密码值的查询,输入MD5密码值后,如果在数据库中存在,那么可以很快获取其密码值。

(2)使用MD5破解工具。网络上有许多针对MD5破解的专用软件,通过设置字典来进行破解。

(3)通过社会工程学来获取或者重新设置用户的口令。

因此简单的MD5加密是没有办法达到绝对的安全的,因为普通的MD5加密有多种暴力破解方式,因此如果想要保证信息系统或者网站的安全,需要对MD5进行改造,增强其安全性,本文就是在MD5加密算法的基础上进行改进!

2.Md5算法应用

2.1Md5加密原理

MD5以512位分组来处理输入的信息,且每一分组又被划分为16个32位子分组,经过了一系列的处理后,算法的输出由四个32位分组组成,将这四个32位分组级联后将生成一个128位散列值。

在MD5算法中,首先需要对信息进行填充,使其字节长度对512求余数的结果等于448。因此,信息的字节长度(Bits Length)将被扩展至N*512+448,即N*64+56个字节(Bytes),N为一个正整数。填充的方法如下,在信息的后面填充一个1和无数个0,直到满足上面的条件时才停止用0对信息的填充。然后再在这个结果后面附加一个以64位二进制表示的填充前的信息长度。经过这两步的处理,现在的信息字节长度=N*512+448+64=(N+1)*512,即长度恰好是512的整数倍数。这样做的原因是为满足后面处理中对信息长度的要求。MD5中有四个32位被称作链接变量(Chaining Variable)的整数参数,他们分别为:A=0x01234567,B=0x89abcdef,C=0xfedcba98,D=0x76543210。 当设置好这四个链接变量后,就开始进入算法的四轮循环运算,循环的次数是信息中512位信息分组的数目。

将上面四个链接变量复制到另外四个变量中:A到a,B到b,C到c,D到d。 主循环有四轮(MD4只有三轮),每轮循环都很相似。第一轮进行16次操作。每次操作对a、b、c和d中的其中三个作一次非线性函数运算,然后将所得结果加上第四个变量(文本中的一个子分组和一个常数)。

再将所得结果向右环移一个不定的数,并加上a、b、c或d中之一。最后用该结果取代a、b、c或d中之一。 以一下是每次操作中用到的四个非线性函数(每轮一个)。

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))

其中,⊕是异或,∧是与,∨是或, 是反符号。

如果X、Y和Z的对应位是独立和均匀的,那么结果的每一位也应是独立和均匀的。F是一个逐位运算的函数。即,如果X,那么Y,否则Z。函数H是逐位奇偶操作符。所有这些完成之后,将A,B,C,D分别加上a,b,c,d。然后用下一分组数据继续运行算法,最后的输出是A,B,C和D的级联。最后得到的A,B,C,D就是输出结果,A是低位,D为高位,DCBA组成128位输出结果。

2.2 MD5的安全性

从安全的角度讲,MD5的输出为128位,若采用纯强力攻击寻找一个消息具有给定Hash值的计算困难性为2128,用每秒可试验1000000000个消息的计算机需时1.07×1022年。若采用生日攻击法,寻找有相同Hash值的两个消息需要试验264个消息,用每秒可试验1000000000个消息的计算机需时585年。

2.3 Md5加密算法的应用

MD5加密算法由于其具有较好的安全性,加之商业也可以免费使用该算法,因此该加密算法被广泛使用,md5算法主要运用在数字签名、文件完整性验证以及口令加密等方面。

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