简介

MD5，即Message-Digest Algorithm 5，MD5信息摘要算法。

这是一种典型的哈希函数/散列函数，会将任意消息内容变为长度固定的散列值，任何输入内容都将被输出一个长度固定为128bit的MD5值，同一个输入消息的输出结果始终相同。

MD5数据的128bit散列值分为4部分，用4个幻数设定其初始值，4个幻数在内存地址上从低到高为：

标准幻数总共为4*32=128bit。

MD5算法生成散列值的过程总共分为三步：1、填充对齐；2、分块；3、多轮压缩。

1、填充补齐：需要将数据补充为512bit的整数倍，在补齐数据中采用小端格式，最后64bit固定用于表示原始数据大小，中间剩下的bit第一个填1，其余均为0。若数据为1000bit，不足够存放64bit表示原始数据大小的数据，则补齐到512的三倍即可。

2、分块：分为512bit的数据块。

3、多轮压缩：将当前散列值的4部分各复制一份，分别用a、b、c、d表示，压缩共有4轮，每轮压缩过程使用数据块和a、b、c、d进行一系列与、或、非、循环移位的位操作，将a、b、c、d各自更新4次，4轮压缩一共更新16次。完成4轮压缩后，将最后得到的a、b、c、d分别加回到当前散列值的4个部分，散列值被更新。之所以叫压缩，是因为这个过程实际上在使用512bit的数据块来更新128bit的散列值，信息被压缩了，然后再使用后续大块进行相同操作，唯一不同点在于此时散列值初始值为前一个大块的最终值。

在所有大块上完成多轮压缩后，散列值更新为最终输出的MD5值，将这4部分合起来并变换为大端数即为最终输出的MD5值。

MD5信息摘要算法于1992年公开，其主要目的在于取代MD4算法，1996年后MD5算法被证实存在弱点，可以被加以破解，2004年MD5算法被证实无法防止碰撞，不适用于SSL公开密钥、数字签名等安全性认证。

应用场景

文件校验

数据库字段加密

如何攻击

MD5只是一个产生消息摘要的散列函数，而非加密算法，这个过程有信息损失且不可逆推。举例：1 | 1 = 1，但是不能倒推原始数据。

以鸽笼原理举例，一定会有同一个笼子至少有两只鸽子，引申出碰撞的概念。

原像攻击

这是对MD5的第一个基本安全要求，即找到任意一个能产生这个MD5值的消息，不过到今天也没有一个通用的可行方案。

暴力穷举：MD5值的范围在0~2^128^之间，理论上可行，但工程上不现实。

第二原像攻击

如果给定一个消息，能不能再找到另外一个MD5值相同的消息呢？

抗第二原像攻击（抗弱碰撞性）是对MD5的第二个基本安全性要求，除了在MD4弱消息上可行，对于MD5目前并没有有效的可行方案。

抗碰撞性（最不具安全性）

也叫抗强碰撞性，是对MD5的第三个基本安全性要求。

这个特性继续放宽了攻击标准，不指定MD5值和消息，只要找出两个MD5值相同的消息即可。

之前的研究很长时间都困在“伪碰撞”的范围，真正的突破在2005年山东大学王小云团队的"How to Break MD5 and Other Hash Functions"论文，研究思路为基于模块化差分，大体思路为先找到局部碰撞，然后分析差分如何传播，找到差分路径，再利用消息修改技术得到能产生碰撞的消息对。

和MD5算法本身相比，寻找碰撞的方法要抽象、复杂得多，但这也正是信安领域的魅力。

这个方法在大约15~60min内找到了碰撞，从学术角度看，MD5大势已去，但从工程角度而言，虽然可以快速找到大量MD5碰撞，但这两个碰撞的消息是根据差分路径和消息修改精心构造而来，基本上都是没有实际意义的乱码，很难想象会对MD5的工程应用造成什么直接影响。

在王小云团队的研究基础上，2007年Marc Stevens在硕士论文中交付了两项新成果：1、用一个内容在几秒钟内生成另外两个MD5值一样，但内容不同的消息，重要的是生成的内容可以有意义，该成果有一个叫fastcoll的软件，可通过该软件生成MD5值相同且可以正常打开的图片，但仔细观察文本就会发现其结尾数据并不相同，这被称为相同前缀碰撞，原始内容作为前缀，然后不断尝试构造两个不同的后缀数据，直到最后两者MD5相同，前缀数据保留了内容本身的意义。换个概念来讲，若用可执行程序作为前缀，攻击者可绕过审核发布钓鱼软件，只需让软件内部做一个判定，如本程序最后1bit为1执行正常行为，0执行恶意行为，正常版本通过检测后再用恶意版本进行替换，若只依赖于MD5值判断的话将无法检测到替换的发生。相同前缀生成的可执行文件代码一样，只是触发条件不同，但是在杀毒过程中还是有可能发现可疑行为，所以最好情况是正常版本和恶意版本为两个不相干的程序；2、自由选择前缀消息内容，生成两个MD5值一样但前缀内容不同的文件，称之为选择前缀碰撞，其还会对使用MD5的数字签名产生巨大威胁。

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