MD5

MD5 (Message Digest 5) — 128-бітний алгоритм хешування, розроблений професором Рональдом Л. Рівестом в 1991 році. Призначений для створення «відбитків» або «дайджестів» повідомлень довільної довжини. Прийшов на зміну MD4, що був недосконалим. Описаний в RFC 1321.

У 2004 році китайські дослідники Сяоюнь Ван (Xiaoyun Wang), Денгуо Фен (Dengguo Feng), Сюецзя Лай (Xuejia Lai) і Хонбо Ю (Hongbo Yu) повідомили про знаходження ними вразливості в алгоритмі, що дозволяє за невеликий час (1 годину на кластері IBM p690) знаходити колізії хеш-функцій [1] [2]. На жаль, автори так і не відкрили свій секрет широкій публіці.

У 2006 році чеський дослідник Властимил Клима опублікував алгоритм [3][4], що дозволяє знаходити колізії на звичайному комп'ютері з довільним початковим вектором (A,B,C,D), за допомогою методу, що був названий: "тунелювання".

Алгоритм MD5

Блок схема роботи алгоритму MD5

Початковий етап підготовки

• Вхідні дані вирівнюються так, щоб їхній розмір можна було порівняти з 448 по модулю з 512. Спочатку дописують одиничний біт (навіть якщо довжина порівняна з 448), далі необхідна кількість нульових бітів .
• Дописування 64-бітного представлення довжини даних по вирівнюванню. Якщо довжина перевищує $2^{64}-1$, то дописують молодші біти.

Допоміжні таблиці та функції

• Ініціалізуть 4 змінних розміром по 32 біта:
  • А = 01 23 45 67;
  • В = 89 AB CD EF;
  • С = FE DC BA 98;
  • D = 76 54 32 10.

Вирівнювані дані розбиваються на блоки по 32 біта, і кожен проходить 4 раунда з 16 операторів. Всі оператори однотипні і мають вигляд: [abcd k s i], визначений як $a=b+((a+Fun(b,c,d)+X[k]+T<i>)<<<s)$, де X - блок даних, а T[1..64] - 64-елементна таблиця, побудована наступним чином: $T[i]=int(4294967296*|sin(i)|)$, s - циклічний зсув вліво на s біт отриманого 32-бітного аргументу.

• В першому раунді Fun F(X, Y, Z) = XY v (not X)Z
• В другому раунді Fun G(X, Y, Z) = XZ v (not Z)Y.
• В третьому раунді Fun Н(Х, Y, Z) = Х xor Y xor Z.
• В четвертому раунді Fun I(Х, Y, Z) = Y xor (X v (not Z)).

Циклічна процедура обчислення

Саме обчислення проходить наступним чином:

• Зберігаються значення A, B, C і D, що залишились після операцій з попередніми блоками(або їх початкові значення якщо блок перший)

AA = A

BB = B

CC = C

DD = D

Раунд 1

/*[abcd k s i] a = b + ((a + F(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). */
[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]

Раунд 2

/*[abcd k s i] a = b + ((a + G(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). */
[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]

Раунд 3

/*[abcd k s i] a = b + ((a + H(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). */
[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]

Раунд 4

/*[abcd k s i] a = b + ((a + I(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). */
[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]

Проміжний результат

Виконати наступні операції

A = AA + A
B = BB + B
C = CC + C
D = DD + D

Після цього перевірити, чи є ще блоки, якщо є, то повторюють циклічну процедуру обчислення для наступного 32-х бітового блоку.

Результат

Після обчислення для всіх блоків даних, отримуємо кінцевий хеш у регістрах A B C D. Якщо вивести слова у зворотному порядку DCBA, то отримаємо MD5 хеш.

MD5-хеші

Хеш містить 128 біт (16 байт) і зазвичай представляється як послідовність з 32 шістнадцяткових цифр.

Кілька прикладів хешу:

 MD5 ("md5") = 1bc29b36f623ba82aaf6724fd3b16718 

Навіть невелика зміна вхідного повідомлення (у нашому випадку на один біт: ASCII символ «5» з кодом 0x35 ₁₆ = 00011010 '1 ' ₂ замінюється на символ «4» з кодом 0x34 ₁₆ = 00011010 '0 ' ₂ ) призводить до повної зміни хешу. Така властивість алгоритму називається лавинним ефектом.

 MD5 ("md4") = c93d3bf7a7c4afe94b64e30c2ce39f4f 

Приклад MD5-хеша для «нульового» рядка:

 MD5 ("") = d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e

Посилання

• RFC 1321
• Generate MD5 Online (онлайн сервіс для генерування MD5)(англ.)