MD 5アルゴリズムのC#プログラムMD 5アルゴリズム説明

MD 5アルゴリズムのプログラムを書くと、中国語と英語の言語記述にはいくつかの不正確な点があり、いくつかの詳細があることがわかりました.
はっきり言えない、あるいは理解しにくい.最後にC言語のソースプログラムを取り出してデバッグしなければならなくて、これはアルゴリズムを理解するのにとてもよくありません
利のある.そこで、私が模索したポイントをまとめました.
　　1.由来
MD 5のフルネームはmessage-digest algorithm 5(情報-要約アルゴリズム、90年代初めにmit laboratory
for computer scienceとrsa data security incのronald l.rivestが開発され、
md 2、md 3、md 4を経て発展した.http://www.ietf.org/rfc/rfc1321.txt最も権威のあるドキュメントです
ronald l.rivestが1992年8月にieftに提出した.
　　2.用途
MD 5の役割は、情報に対して
一意性は、デジタル署名として使用できます.ファイルの有効性を検証するために使用される(失われたデータや破損したデータがあるかどうか)、ユーザー
パスワードの暗号化、ハッシュ関数でハッシュ値を計算します.
　　3.特長
任意の長さのバイト列を入力し、128ビットの整数を生成します.アルゴリズムのいくつかの不可逆的な特徴のため、暗号化の応用
より良い安全性があります.また、MD 5アルゴリズムの使用には、著作権料を支払う必要はありません.
　　4.説明
一意性も不可逆性も絶対的ではなく,理論的には多対一の関係であるが,二つの異なる情報が生成される.
同じ要約の確率は小さい.不可逆とは、出力から入力を反転させるために必要な演算量と計算時間が大きすぎて、窮屈な文字を使うことです.
典の方法はまた多くの記憶空間を必要とする.
　　5.アルゴリズムの説明
アルゴリズム入力はバイト列であり、各バイトは8ビットである.
アルゴリズムの実行には、次のステップがあります.
最初のステップ、補位:
MD 5アルゴリズムは、まず入力されたデータを補正し、データの長さ(byte単位)が64に対して余剰を求める結果が56となるようにする.
すなわち、データはLEN=K*64+56バイトに拡張され、Kは整数である.
補正方法:1を補正し、上記の要件を満たすまで0を補正します.0 x 80のバイトを補うことに相当し、値を補う.
0のバイトです.このステップで合計補完するバイト数は0～63個である.
ステップ2では、データの長さを追加します.
64ビットの整数でデータの元の長さ(bit単位)を表し、この数字の8バイトを下位の上位に、
上位は下位の順に補位後のデータの後ろに付加される.この場合、データが埋め込まれた総長は、次のようになります.
　　LEN = K*64+56+8=(K+1)*64 Bytes.
※その64ビット整数は入力データの元の長さでありバイトを埋めた後の長さではないことに注意し、私はここでつまずいた.
ステップ3では、MD 5パラメータを初期化します.
4つの32ビット整数変数(A,B,C,D)が情報要約を計算するために使用され、各変数は以下のように初期化される.
16進数で表される数値で、下位のバイトが前にあります.  word A: 01 23 45 67
word B: 89 ab cd ef
word C: fe dc ba 98
word D:76,5432 10※注意下位のバイトは前述のLittle Endianプラットフォーム上のメモリにおけるバイトの並び方を指し、
 
プログラムに書くときは、次のように書きます.
　　 A=0x67452301
B=0xefcdab89
C=0x98badcfe
D=0x10325476
ステップ4では、4つのMD 5の基本的なビット単位操作関数を定義します.
X,Y,Zは32ビット整数である.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))
四輪変換にそれぞれ使用される4つの関数を定義します.
Mjがメッセージを表すj番目のサブパケット(0から15)を設定し、<FF(a,b,c,d,Mj,s,ti) a=b+((a+(F(b,c,d)+Mj+ti)<<GG(a,b,c,d,Mj,s,ti) a=b+((a+(G(b,c,d)+Mj+ti)<<HH(a,b,c,d,Mj,s,ti) a=b+((a+(H(b,c,d)+Mj+ti)<<II(a,b,c,d,Mj,s,ti) a=b+((a+(I(b,c,d)+Mj+ti)<<第5ステップで入力データを変換する.
処理データは、Nは総バイト数であり、64バイトを1組とし、各グループに1回のループを行い、1回のループごとに4回の動作を行う.
変換する64バイトは、16個の32ビットの整数配列M[0…15]で表される.配列T[1…64]は定数のセットを表し、
T[i]は4294967296*abs(sin(i))の32ビット整数部分であり、iの単位は弧度であり、iの値は1から64までである.
具体的なプロセスは次のとおりです.
/*主循環変数の設定*/For i = 0 to N/16-1 do
/*ループごとに、16要素の配列Xにデータ原文を格納する.*/For j = 0 to 15 do
Set X[j] to M[i*16+j].
end / J
/* Save A as AA, B as BB, C as CC, and D as DD.
*/
AA = A
BB = B
CC = C
DD = D
/* 1 */
/* [abcd k s i]
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]
/* 2 * */
/* [abcd k s i]
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]
/* 3 */
/* [abcd k s i]
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]
/* 4 */
/* [abcd k s i]
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]
/* */
A = A + AA
B = B + BB
C = C + CC
D = D + DD
Next i/*Iに対するループを終了*/
ステップ6で、結果を出力します.
A,B,C,Dは連続して格納され,合計16バイト,128ビットである.この16バイトを16進数で順次出力します.
最後に、プログラム言語でアルゴリズムを実現した後、以下のいくつかの情報を入力してプログラムを簡単にテストすることができます.
プログラムにエラーがないか見てみましょう.　 MD5 ("") = d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e
　 MD5 ("a") = 0cc175b9c0f1b6a831c399e269772661
　 MD5 ("abc") = 900150983cd24fb0d6963f7d28e17f72
　 MD5 ("message digest") = f96b697d7cb7938d525a2f31aaf161d0
　 MD5 ("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz") = c3fcd3d76192e4007dfb496cca67e13b
　 MD5 ("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789") =
d174ab98d277d9f5a5611c2c9f419d9f
MD5 ("123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789
01234567890") = 57edf4a22be3c955ac49da2e2107b67a
MD 5アルゴリズムのC#プログラム
MD 5アルゴリズムは比較的特別で、アセンブリ言語で書くのに最適で、多くの高級言語が無能であるか、効率が極めて低い.
例えば私が最初にPythonとEuphoriaで書いてみたが、あまり簡単ではないことに気づいた.それに比べてC#はCファミリーとして
中新興の門Net言語は、機能が比較的包括的です.一晩かけてようやくC#でMD 5を真っ先に実現しました.
主にアルゴリズムのいくつかの細部にあまり注意していないため、結果の出力はいつも間違っていて、長い間デバッグしました.// ：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.
* :
*
* 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))
*
* （& ，| ，~ ，^ ）
*/
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;ibs.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;ioutput[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;ka=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;ioutput[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;ib[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");
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