2023年12月22日发(作者：)

哈尔滨工程大学

实 验 报 告

实 验 名 称： Hash 算法MD5

班 级：

学 号：

姓 名：

实 验 时 间： 2014年6月

成 绩：

指 导 教 师：

实验室名称：

哈尔滨工程大学实验室与资产管理处 制

1

一、实验名称

Hash算法ＭＤ５

二、实验目的

通过实际编程了解MD5 算法的加密和解密过程，加深对Hash 算法的认识。

三、实验环境（实验所使用的器件、仪器设备名称及规格）

运行Windows 或Linux 操作系统的PC 机，具有gcc(Linux)、VC（Windows）等C 语言编译环境。

四、任务及其要求

（1）利用自己所编的MD5 程序对一个文件进行处理，计算它的Hash 值，提交程

序代程和运算结果。

（2）微软的系统软件都有MD5 验证，尝试查找软件的MD5 值。同时，在Windows

操作系统中，通过开始→运行→sigverif 命令，利用数字签名查找验证非Windows 的系

统软件。__

五、实验设计（包括原理图、真值表、分析及简化过程、卡诺图、源代码等）

在MD5 算法中，首先需要对信息进行填充，使其字节长度与448 模512 同余，即信息的字节长度扩展至n*512+448，n 为一个正整数。填充的方法如下：在信息的后面填充第一位为1，其余各位均为0，直到满足上面的条件时才停止用0 对信息填充。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信息长度。经过这两步的处理，现在的信息字节长度为n*512+448= (n+1)*512，即长度恰好是512 的整数倍，这样做的目的是为满足后面处理中后面处理中对信息长度的要求。n 个分组中第q 个分组表示为Yq。MD5 中有A、B、C、D，4 个32 位被称作链接变量的整数参数，它们的初始值分别为：A=01234567B=89abcdef,C=fedcba98，D=76543210

当设置好这个4 个链接变量后，就开始进入算法的4 轮循环运算。循环的次数是信息中512 位信息分组数目。首先将上面4 个链接变量复制到另外4 个变量中A

到AA，B 到BB，C 到CC，D 到DD，以备后面进行处理。然后进入主循环，主循环2

有4 轮，每轮循环都很相似。第1 轮进行16 次操作，每次操作对A、B、C 和D 中的其中3 个作一次非线性函数运算，然后将所得结果加上第4 个变量，文本的一个子分组和一个常数。再将所得结果向左循环移S 位，并加上A、B、C 或D 其中

之一。最后用该结果取代A、B、C 或D 其中之一。

以下是每次操作中用到的4 个非线性函数（每轮一个）。

F（B,C,D）=(B∧C)∨__________(G（B,C,D）=(B∧D)∨(C∧D)

H（B,C,D）=B⊕C⊕D

I （B,C,D）=C⊕(B∨D)

（注：∧是与，∨是或，

2

B∧D)(此处需修改)

是非，⊕是异或。）

下面为每一轮16 步操作中的4 次操作，16 步操作按照一定次序顺序进行。

FF（A,B,C,D,M[j],S,T[i]） 表示A=B+(A+(F(B,C,D)+M[j]+T[i])<<

GG（A,B,C,D,M[j],S,T[i]）表示A=B+(A+(G(G,C,D)+M[j]+T[i] )<<

HH（A,B,C,D,M[j],S,T[i]）表示A=B+(A+(H(B,C,D)+M[j]+T[i] )<<

II （A,B,C,D,M[j],S,T[i]）表示A=B+(A+(I (B,C,D)+M[j]+T[i] )<<

(注：“+”定义为mod 232

的模运算。)

M[j]表示在第q 个512 位数据块中的第j 个32 位子分组，0≤j≤15。

常数T[i]可以有如下选择，在第i 步中，T[i]是4294967296*abs(sin(i))的整数部分（注：4294967296= 232

。），i 的单位是弧度。其中，T[i]是32 位的随机数源，它消除了输入数据中任何规律性的特征。表1-4 说明了四轮主循环中每轮16 步操作的具体步骤。

所有这些完成之后，将A、B、C、D 分别加上AA、BB、CC、DD。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。

#include

#include

#include

#include

typedef unsigned char *POINTER;

typedef unsigned short int UINT2;

typedef unsigned long int UINT4;

typedef struct

{

UINT4 state[4];

UINT4 count[2];

3

unsigned char buffer[64];

} MD5_CTX;

void MD5Init(MD5_CTX *);

void MD5Update(MD5_CTX *, unsigned char *,

unsigned int);

void MD5Final(unsigned char [16], MD5_CTX *);

#define S11 7

#define S12 12

#define S13 17

#define S14 22

#define S21 5

#define S22 9

#define S23 14

#define S24 20

#define S31 4

#define S32 11

#define S33 16

#define S34 23

#define S41 6

#define S42 10

#define S43 15

#define S44 21

static unsigned char PADDING[64] = {

0x80, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0

};

#define F(x, y, z) (((x) & (y)) | ((~x)

& (z)))

#define G(x, y, z) (((x) & (z)) | ((y) &

(~z)))

4

#define H(x, y, z) ((x) ^ (y) ^ (z))

#define I(x, y, z) ((y) ^ ((x) | (~z)))

#define ROTATE_LEFT(x, n) (((x) << (n)) |

((x) >> (32-(n))))

#define FF(a, b, c, d, x, s, ac) { (a)

+= F ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac);

(a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); (a) +=

(b); }

#define GG(a, b, c, d, x, s, ac) { (a)

+= G ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac);

(a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); (a) +=

(b); }

#define HH(a, b, c, d, x, s, ac) { (a)

+= H ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac);

(a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); (a) +=

(b); }

#define II(a, b, c, d, x, s, ac) { (a)

+= I ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac);

(a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); (a) +=

(b); }

inline void Encode(unsigned char *output, UINT4

*input, unsigned int len)

{

unsigned int i, j;

for (i = 0, j = 0; j < len; i++, j

+= 4) {

output[j] = (unsigned char)(input[i] & 0xff);

output[j+1] = (unsigned char)((input[i] >> 8)

& 0xff);

output[j+2] = (unsigned char)((input[i] >> 16)

& 0xff);

output[j+3] = (unsigned char)((input[i] >> 24)

& 0xff);

5

}

}

inline void Decode(UINT4 *output, unsigned char

*input, unsigned int len)

{

unsigned int i, j;

for (i = 0, j = 0; j < len; i++, j

+= 4)

output[i] = ((UINT4)input[j]) |

(((UINT4)input[j+1]) << 8) |

(((UINT4)input[j+2]) << 16) | (((UINT4)input[j+3])

<< 24);

}

inline void MD5Transform (UINT4 state[4],

unsigned char block[64])

{

UINT4 a = state[0], b = state[1], c =

state[2], d = state[3], x[16];

Decode (x, block, 64);

FF (a, b, c, d, x[ 0], S11, 0xd76aa478);

/* 1 */

FF (d, a, b, c, x[ 1], S12, 0xe8c7b756);

/* 2 */

FF (c, d, a, b, x[ 2], S13, 0x242070db);

/* 3 */

FF (b, c, d, a, x[ 3], S14, 0xc1bdceee);

/* 4 */

FF (a, b, c, d, x[ 4], S11, 0xf57c0faf);

/* 5 */

FF (d, a, b, c, x[ 5], S12, 0x4787c62a);

/* 6 */

FF (c, d, a, b, x[ 6], S13, 0xa8304613);

/* 7 */

FF (b, c, d, a, x[ 7], S14, 0xfd469501);

6

/* 8 */

FF (a, b, c, d, x[ 8], S11, 0x698098d8);

/* 9 */

FF (d, a, b, c, x[ 9], S12, 0x8b44f7af);

/* 10 */

FF (c, d, a, b, x[10], S13, 0xffff5bb1);

/* 11 */

FF (b, c, d, a, x[11], S14, 0x895cd7be);

/* 12 */

FF (a, b, c, d, x[12], S11, 0x6b901122);

/* 13 */

FF (d, a, b, c, x[13], S12, 0xfd987193);

/* 14 */

FF (c, d, a, b, x[14], S13, 0xa679438e);

/* 15 */

FF (b, c, d, a, x[15], S14, 0x49b40821);

/* 16 */

GG (a, b, c, d, x[ 1], S21, 0xf61e2562);

/* 17 */

GG (d, a, b, c, x[ 6], S22, 0xc040b340);

/* 18 */

GG (c, d, a, b, x[11], S23, 0x265e5a51);

/* 19 */

GG (b, c, d, a, x[ 0], S24, 0xe9b6c7aa);

/* 20 */

GG (a, b, c, d, x[ 5], S21, 0xd62f105d);

/* 21 */

GG (d, a, b, c, x[10], S22, 0x2441453);

/* 22 */

GG (c, d, a, b, x[15], S23, 0xd8a1e681);

/* 23 */

GG (b, c, d, a, x[ 4], S24, 0xe7d3fbc8);

/* 24 */

GG (a, b, c, d, x[ 9], S21, 0x21e1cde6);

/* 25 */

GG (d, a, b, c, x[14], S22, 0xc33707d6);

/* 26 */

GG (c, d, a, b, x[ 3], S23, 0xf4d50d87);

7

/* 27 */

GG (b, c, d, a, x[ 8], S24, 0x455a14ed);

/* 28 */

GG (a, b, c, d, x[13], S21, 0xa9e3e905);

/* 29 */

GG (d, a, b, c, x[ 2], S22, 0xfcefa3f8);

/* 30 */

GG (c, d, a, b, x[ 7], S23, 0x676f02d9);

/* 31 */

GG (b, c, d, a, x[12], S24, 0x8d2a4c8a);

/* 32 */

HH (a, b, c, d, x[ 5], S31, 0xfffa3942);

/* 33 */

HH (d, a, b, c, x[ 8], S32, 0x8771f681);

/* 34 */

HH (c, d, a, b, x[11], S33, 0x6d9d6122);

/* 35 */

HH (b, c, d, a, x[14], S34, 0xfde5380c);

/* 36 */

HH (a, b, c, d, x[ 1], S31, 0xa4beea44);

/* 37 */

HH (d, a, b, c, x[ 4], S32, 0x4bdecfa9);

/* 38 */

HH (c, d, a, b, x[ 7], S33, 0xf6bb4b60);

/* 39 */

HH (b, c, d, a, x[10], S34, 0xbebfbc70);

/* 40 */

HH (a, b, c, d, x[13], S31, 0x289b7ec6);

/* 41 */

HH (d, a, b, c, x[ 0], S32, 0xeaa127fa);

/* 42 */

HH (c, d, a, b, x[ 3], S33, 0xd4ef3085);

/* 43 */

HH (b, c, d, a, x[ 6], S34, 0x4881d05);

/* 44 */

HH (a, b, c, d, x[ 9], S31, 0xd9d4d039);

/* 45 */

HH (d, a, b, c, x[12], S32, 0xe6db99e5);

8

/* 46 */

HH (c, d, a, b, x[15], S33, 0x1fa27cf8);

/* 47 */

HH (b, c, d, a, x[ 2], S34, 0xc4ac5665);

/* 48 */

II (a, b, c, d, x[ 0], S41, 0xf4292244);

/* 49 */

II (d, a, b, c, x[ 7], S42, 0x432aff97);

/* 50 */

II (c, d, a, b, x[14], S43, 0xab9423a7);

/* 51 */

II (b, c, d, a, x[ 5], S44, 0xfc93a039);

/* 52 */

II (a, b, c, d, x[12], S41, 0x655b59c3);

/* 53 */

II (d, a, b, c, x[ 3], S42, 0x8f0ccc92);

/* 54 */

II (c, d, a, b, x[10], S43, 0xffeff47d);

/* 55 */

II (b, c, d, a, x[ 1], S44, 0x85845dd1);

/* 56 */

II (a, b, c, d, x[ 8], S41, 0x6fa87e4f);

/* 57 */

II (d, a, b, c, x[15], S42, 0xfe2ce6e0);

/* 58 */

II (c, d, a, b, x[ 6], S43, 0xa3014314);

/* 59 */

II (b, c, d, a, x[13], S44, 0x4e0811a1);

/* 60 */

II (a, b, c, d, x[ 4], S41, 0xf7537e82);

/* 61 */

II (d, a, b, c, x[11], S42, 0xbd3af235);

/* 62 */

II (c, d, a, b, x[ 2], S43, 0x2ad7d2bb);

/* 63 */

II (b, c, d, a, x[ 9], S44, 0xeb86d391);

/* 64 */

state[0] += a;

9

state[1] += b;

state[2] += c;

state[3] += d;

memset ((POINTER)x, 0, sizeof (x));

}

inline void MD5Init(MD5_CTX *context)

{

context->count[0] = context->count[1] = 0;

context->state[0] = 0x67452301;

context->state[1] = 0xefcdab89;

context->state[2] = 0x98badcfe;

context->state[3] = 0x10325476;

}

inline void MD5Update(MD5_CTX *context, unsigned

char *input, unsigned int inputLen)

{

unsigned int i, index, partLen;

index = (unsigned int)((context->count[0] >> 3)

& 0x3F);

if ((context->count[0] += ((UINT4)inputLen <<

3))

< ((UINT4)inputLen << 3))

context->count[1]++;

context->count[1] += ((UINT4)inputLen >> 29);

partLen = 64 - index;

if (inputLen >= partLen) {

memcpy((POINTER)&context->buffer[index], (POINTER)input,

partLen);

MD5Transform(context->state, context->buffer);

for (i = partLen; i + 63 < inputLen; i

+= 64)

MD5Transform (context->state, &input[i]);

10

index = 0;

}

else

i = 0;

memcpy((POINTER)&context->buffer[index],

(POINTER)&input[i], inputLen-i);

}

inline void MD5Final(unsigned char digest[16],

MD5_CTX *context)

{

unsigned char bits[8];

unsigned int index, padLen;

Encode (bits, context->count, 8);

index = (unsigned int)((context->count[0] >> 3)

& 0x3f);

padLen = (index < 56) ? (56 - index) :

(120 - index);

MD5Update (context, PADDING, padLen);

MD5Update (context, bits, 8);

Encode (digest, context->state, 16);

memset ((POINTER)context, 0, sizeof (*context));

}

void MD5Digest(char *pszInput, unsigned long

nInputSize, char *pszOutPut)

{

MD5_CTX context;

unsigned int len = strlen (pszInput);

MD5Init (&context);

MD5Update (&context, (unsigned char *)pszInput,

len);

MD5Final ((unsigned char *)pszOutPut, &context);

}

11

Int main()

{ char szDigest[16];

char encrypt[200];

printf("请输入要计算MD5值的字符串:");

gets(encrypt);

printf("n加密结果:");

MD5Digest(encrypt,strlen(encrypt),szDigest);

int i;

for (i=0;i<16;i++) printf ("%02X",(unsigned

char)szDigest[i]);

getchar();

}

六、实验步骤

1． 算法分析

在光盘中附加了有关MD5 算法的头文件md5.h 和md5.c，根据所提供的文件分析

MD5 算法的实现过程。

下面简单介绍所用到的结构体变量和函数。程序中用到的结构体变量如下：

typedef struct md5_state{

ulong64 lengty;

ulong32 state[4],curlen;

unsigned char buf[64];

}md5_state;

length 记录已经处理过的位数，curlen 记录已经处理过的字节数，数组state

存储上

面所说的4 个链接变量，buf 作为处理过程中的缓存。

程序中用到的函数如下：

（1） void md5_init(md5_state *md)

函数名称：初始化函数

参数说明：

md 指向一个上面所提到的结构体变量。初始化时把curlen 和length 置为0，并把4 个

链接变量储存到state 中。

（2）int md5_process(md5_state *md, const unsigned char *buf, unsigned

long len)

12

函数名称：处理函数

参数说明：

md 指向经过初过初始化函数处理过的一个结构体变量。

3

buf 指向待处理的信息。

len 是buf 中信息的长度，以字节为单位。

这个函数对待处理的信息以512 位为单位进行压缩，不足的部分存储在结构体中的buf

中，并且用len 来指示信息的末尾，这样下次调用时会接着上一次的结果进行。

（3）int md5_done(md5_state *md, unsigned char *Hash)

函数名称：完成函数

参数说明：md 指向上面所处理过的结构体。Hash 指向存储结果的缓冲区。

这个函数对未完成的信息先进行padding 操作，然后处理，并把最终结果存在Hash 指

向的缓冲区中。

（1） int md5_text(void)

函数名称：测试函数

这个函数对上面的3 个函数进行测试。函数内部定义了一组信息和Hash 结果一一对应

的数组。通过调用上面的3 个函数，并把结果和正确结果相比较，可以判断程序正确与

否。

2． 使用实例分析

下面的程序实现了对”hello,world”进行MD5 处理的功能，可以作为调用MD5 函数接口

的参考。

#include “md5.h”

int main( int argc,char *argv[])

{

md5_state md;

unsigned char *in=”hello, world!”,out[16];

md5_init(&md);

md5_process(&md,in,strlen(in));

md5_done(&md,out);

printf(“%s”,out);

system(“PAUSE”);

return 0;

}

13

说明：由于程序中所用的结构体只在初始化函数中赋初始值，其中间过程可以保留下来，

所以对一段信息分多次处理可以得到同样的结果。比如说使用下面的语句可以得到和上

面例子相同的结果：

md5_init(&md);

md5_process(&md, “hello,”,6);

md5_process(&md, “world”,5);

md5_done(&md, out);

七、实验过程与分析

14

八、实验结果总结

Hash 函数是将任意长的数据块转换成一个较短的定长输出数字串的函数，15

输出的结果称为Hash 值。MD5 算法对任意长度的输入值处理后产生128 位的输出值。

九、心得体会

ＭＤ５对单个５１２bit分组的执行将得到相同的输出（伪冲突），MD5比MD4复杂，并且速度较MD4降低了近３０％，，但在抗安全性分析方面表现更好

16

学生自评

项目

预

习

情

况

1、 实验规范性

实

验

表

现

2、 实验原理掌握

3、 调试排错能力

4、 操作熟练程度

5、 演示与答辩

6、 设计创新能力

1、 报告内容完整性

实

验

报

告

2、 报告内容组织结构

3、 报告文字表达

4、 实验过程与分析

5、 图表规范性

6、 字迹与版面

备

注

1、 实验准备情况

2、 预习报告完整性

评定内容 评定结果

（√）优秀

（）良好

（）中等

（）及格

（）不及格

（√）优秀

（）良好

（）中等

（）及格

（）不及格

（√）优秀

（）良好

（）中等

（）及格

（）不及格

实验成绩

（）优秀（）良好（）中等

（）及格（）不及格

学生签字：

日期：

注：根据自己所做实验情况，实事求是的给出“评定结果”和“实验成绩”，在相应等级的（）内填入■。

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