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C++ MD5加密算法详解

2023-06-22 01:37:33 深夜i -- --

C++ MD5 加密算法详解数据安全

MD5是一种广泛使用的哈希函数，它将任意长度的消息作为输入，并将其压缩为128位的输出。MD5被广泛用于加密和身份验证领域，如数字签名、文件校验和等。在C++中，我们可以使用MD5加密算法来保护我们的数据安全性，并确保数据不被篡改。接下来，我们来详细了解一下C++中MD5加密算法的使用方法。

MD5算法的实现需要引用一个MD5头文件。我们可以先创建一个头文件md5.h，它包含了使用MD5加密算法的函数原型。代码如下：


#ifndef MD5_H
#define MD5_H
#include <string>
std::string md5(const std::string& str);
#endif

在此头文件中，我们定义了一个名为md5的函数，并将其参数设置为一个字符串类型。我们需要在这个函数中实现MD5算法，以实现字符串加密功能。

MD5算法的实现需要用到一些辅助函数和常量，在此我们定义这些常量和函数。以下是MD5算法使用的常量：


const uint32_t k[64] =
  0x748f82ee;

MD5算法使用了四种逻辑函数，包括F、G、H和I。这些函数通过对X和Y的位运算，返回结果，如下所示：


uint32_t F(uint32_t X, uint32_t Y, uint32_t Z) {
  return (X & Y) | (~X & Z);
}
uint32_t G(uint32_t X, uint32_t Y, uint32_t Z) {
  return (X & Z) | (Y & ~Z);
}
uint32_t H(uint32_t X, uint32_t Y, uint32_t Z) {
  return X ^ Y ^ Z;
}
uint32_t I(uint32_t X, uint32_t Y, uint32_t Z) {
  return Y ^ (X | ~Z);
}

MD5算法还需要用到一个循环左移函数，将输入的参数循环左移n位。该函数如下：


uint32_t rotate_left(uint32_t x, uint32_t n) {
  return (x << n) | (x >> (32 - n));
}

MD5算法将输入的消息分割为512位的分块，每个分块再分成16个子块，每个子块为32位。接下来，我们需要定义一个md5函数，以实现MD5算法。代码如下：


std::string md5(const std::string& str) {
  uint32_t a0 = 0x67452301;
  uint32_t b0 = 0xEFCDAB89;
  uint32_t c0 = 0x98BADCFE;
  uint32_t d0 = 0x10325476;
  // step 1
  std::string msg = str + char(128);
  uint64_t len = msg.size() * 8;
  while (msg.size() % 64 != 56) {
    msg += char(0);
  }
  len = __builtin_bswap64(len);
  msg += std::string((char*)&len, sizeof(len));
  // step 2
  uint32_t A, B, C, D, F, g;
  uint32_t M[16];
  for (int i = 0; i < msg.size(); i += 64) {
    A = a0;
    B = b0;
    C = c0;
    D = d0;
    for (int j = 0; j < 16; ++j) {
      M[j] = *reinterpret_cast<const uint32_t*>(msg.data() + i + j * 4);
    }
    for (int j = 0; j < 64; ++j) {
      if (j < 16) {
        F = F(B, C, D);
        g = j;
      }
      else if (j < 32) {
        F = G(B, C, D);
        g = (5 * j + 1) % 16;
      }
      else if (j < 48) {
        F = H(B, C, D);
        g = (3 * j + 5) % 16;
      }
      else {
        F = I(B, C, D);
        g = (7 * j) % 16;
      }
      F += A + k[j] + M[g];
      A = D;
      D = C;
      C = B;
      B = B + rotate_left(F, s[j]);
    }
    a0 += A;
    b0 += B;
    c0 += C;
    d0 += D;
  }
  uint32_t result[4] = d0 ;
  char res[16];
  for (int i = 0; i < 4; ++i) {
    for (int j = 0; j < 4; ++j) {
      res[i * 4 + j] = result[i] >> (8 * j);
    }
  }
  return std::string(res, 16);
}

在这个函数中，我们首先将输入字符串填充到512位的分块中，然后利用四个变量A、B、C、D，对其进行MD5算法的核心运算。最终的运算结果为一个128位的哈希值，将其转换成16个字节，得到最终的结果。

在C++中使用MD5函数很简单。我们只需要使用md5函数对需要加密的字符串进行加密即可。例如：


#include "md5.h"
#include <iostream>
int main() {
  std::string str = "Hello, world!";
  std::string hash = md5(str);
  std::cout << "MD5 of '" << str << "' is '" << hash << "'" << std::endl;
  return 0;
}

最终输出结果为：

MD5 of 'Hello, world!' is '3e25960a79dbc69b674cd4ec67a72c62'

这就是C++中MD5加密算法的详细使用方法。MD5算法虽然已经成为了一种经典的加密算法，但是由于其存在安全漏洞，已经被越来越多的加密算法所取代。因此，在实际开发中，我们需要谨慎使用MD5算法，并优先考虑更加安全的加密算法来保护我们的数据安全性。

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