中文rfc1321.txt

本程序为在linux下实现FTP传输文件的实现

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译文发布时间：2001-11-7
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Network Working Group                                          R. Rivest
Request for Comments: 1321           MIT Laboratory for Computer Science
                                             and RSA Data Security, Inc.
                                                              April 1992

MD5 报文摘要算法
（RFC1321——The MD5 Message-Digest Algorithm）

本文地位
本文并非指定一个Internet标准，而是向互联网提供信息，本文可以任意传播，不受限制。
致谢
Don Coppersmith, Burt Kaliski, Ralph Merkle,David Chaum, 和Noam Nisan向本文提供极大的帮
助，在此本人表示忠心的感谢。

目录
1	执行简介	1
2	术语和符号	1
3	MD5算法描述	2
4	摘要	4
5	MD4和MD5的区别	4
6	参考文献	4
7	附录A－参考应用程序	4
8	安全事项	18
9	作者地址	18

1	执行简介
本文描述了MD5报文摘要算法，此算法将对输入的任意长度的信息进行计算，产生一个128位
长度的“指纹”或“报文摘要”，假定两个不同的文件产生相同的报文摘要或由给定的报文摘要产生
原始信息在计算上是行不通的。MD5算法适合用在数据签名应用中，在此应用中，一个大的文件必
须在类似RSA算法的公用密钥系统中用私人密钥加密前被“压缩”在一种安全模式下。
MD5算法能在32位机器上能以很快的速度运行。另外，MD5算法不需要任何大型的置换列表。
此算法编码很简洁。MD5 算法是MD4报文摘要算法的扩展。MD5算法稍慢于MD4算法，但是在设
计上比MD4算法更加“保守”。设计MD5是因为MD4算法被采用的速度太快，以至于还无法证明
它的正确性，因为MD4算法速度非常快，它处在遭受成功秘密攻击的“边缘”。MD5后退了一步，
它舍弃了一些速度以求更好的安全性。它集中了不同的评论家提出的建议，并采取了一些附加的优化
措施。它被放在公共的地方以求公众的评论意见，它可能当作一个标准被采纳。
作为基于OSI的应用，MD5的对象标识符是：
md5 OBJECT IDENTIFIER ::=
iso(1) member-body(2) US(840) rsadsi(113549) digestAlgorithm(2) 5}
   在X.509类型AlgorithmIdentifier [3]中，MD5算法参数应该包括NULL类型。
2	术语和符号
本文中一个“字”是32位，一个“字节”是8位。一系列位串可看成是一系列字节的普通形式，
其中的连续的8位看成一个字节，高位在前，同理一系列字节串可看成是一系列32位的字，其中每
个连续的4个字节当作一个字，地位在前。
我们定义x_i代表“x减去I".如果下划线左边的是一个表达式，则用括号括住，如：
x_{i+1}。同样我们用^代表求幂，这样x^i则代表x的i次幂。
符号“＋”代表字的加，X <<< s代表32位的值X循环左移s位，not(X)代表X的按位
补运算，X v Y 表示X和Y的按位或运算，XxorY代表X和Y的按位异或运算，XY代表
X和Y的按位与运算。
3	MD5算法描述
我们假设有一个b位长度的输入信号，希望产生它的报文摘要，此处b是一个非负整数，b也可
能是0，不一定必须是8的整数倍，它可能是任意大的长度。我们设想信号的比特流如下所示：
     m_0 m_1 ... m_{b-1}
下面的5步计算信息的报文摘要。
（1） 补位
MD5算法是对输入的数据进行补位，使得如果数据位长度LEN对512求余的结果是448。即数
据扩展至K*512+448位。即K*64+56个字节，K为整数。补位操作始终要执行，即使数据长度LEN
对512求余的结果已是448。 
具体补位操作：补一个1，然后补0至满足上述要求。总共最少要补一位，最多补512位。
（2） 补数据长度
 用一个64位的数字表示数据的原始长度b，把b用两个32位数表示。那么只取B的低64位。
当遇到b大于2^64这种极少遇到的情况时，这时，数据就被填补成长度为512位的倍数。也就是说，
此时的数据长度是16个字（32位）的整数倍数。用M[0 ... N-1]表示此时的数据，其中的N是16
的倍数。
（3） 初始化MD缓冲器
 用一个四个字的缓冲器（A，B，C，D）来计算报文摘要，A,B,C,D分别是32位的寄存器，初
始化使用的是十六进制表示的数字 
      A=0X01234567 
      B=0X89abcdef 
      C=0Xfedcba98 
      D=0X76543210 
（4） 处理位操作函数
首先定义4个辅助函数，每个函数的输入是三个32位的字，输出是一个32位的字。
X，Y，Z为32位整数。 
          F(X,Y,Z) = XY v not(X) Z
          G(X,Y,Z) = XZ v Y not(Z)
          H(X,Y,Z) = X xor Y xor Z
       I(X,Y,Z) = Y xor (X v not(Z)) 
这一步中 使用一个64元素的常数组T[1 ... 64]，它由sine函数构成，T[i]表示数组中的第i个元
素，它的值等于经过4294967296次abs(sin(i))后的值的整数部分（其中i是弧度 ）。T[i]为32位
整数用16进制表示，数组元素在附录中给出。
具体过程如下：  
/* 处理数据原文 */ 
For i = 0 to N/16-1 do  
/*每一次，把数据原文存放在16个元素的数组X中. */ 
For j = 0 to 15 do 
Set X[j] to M[i*16+j]. 
end  /结束对J的循环 
/* Save A as AA, B as BB, C as CC, and D as DD. */ 
AA = A 
BB = B 
CC = C 
DD = D  
/* 第1轮*/ 
/* 以 [abcd k s i]表示如下操作 
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]  
/* 第2轮* */ 
/* 以 [abcd k s i]表示如下操作 
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]  
/* 第3轮*/ 
/* 以 [abcd k s i]表示如下操作 
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]  
/* 第4轮*/ 
/* 以 [abcd k s i]表示如下操作 
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]  
/* 然后进行如下操作 */ 
A = A + AA 
B = B + BB 
C = C + CC 
D = D + DD  
end /* 结束对I的循环*/
（5） 输出结果
报文摘要的产生后的形式为：A，B，C，D。也就是低位字节A开始，高位字节D结束。
现在完成了对MD5的描述，在附录中给出了C形式的程序。
4	摘要
MD5算法实现很容易，它提供了任意长度的信息的“指纹”（或称为报文摘要）。据推测要实现
两个不同的报文产生相同的摘要需要2^64次的操作，要恢复给定摘要的报文则需要2^128次操作。
为寻找缺陷，MD5算法已经过非常细致的检查。最后的结论是还需要相关的更好的算法和更进一步
的安全分析。
5	MD4和MD5的区别
以下是MD5和MD4的不同点：
1．	加上了第四轮循环。
2．	每一步增加了一个唯一的常数值。
第二轮中的函数g从(XY v XZ v YZ)变成了(XZ v Y not(Z))，以减少g函数的均衡性。
6	参考文献
[1] Rivest, R., "The MD4 Message Digest Algorithm", RFC 1320, MIT and RSA Data Security, 
Inc., April 1992.
[2] Rivest, R., "The MD4 message digest algorithm", in A.J.  Menezes and S.A. Vanstone, 
editors, Advances in Cryptology - CRYPTO '90Proceedings, pages 303-311, Springer-Verlag, 
1991.
    [3] CCITT Recommendation X.509 (1988), "The Directory - Authentication 
Framework."
7	附录A－参考应用程序
本附录包括以下文件：（摘自RSAREF: A Cryptographic Toolkit for Privacy-Enhanced Mail:）
     global.h － 全局头文件
md5.h -- MD5头文件
md5c.c -- MD5源代码
（要得到更多的RSAREF信息，请发e-mai到: <[e-mail]>.）
附录中还包括：
mddriver.c－MD2, MD4 and MD5的测试驱动程序。
驱动程序默认情况下编译MD5，但如果在C的编译命令行将MD5参数设成2或4，则也可以编译
MD2和MD4
此应用程序是方便使用的，可用在不同的平台上，在特殊的平台上优化它也并不困难，这留给读
者作为练习。例如，在“little-endian”平台上，此平台32位字的最低地址字节最无意义的字节，
并且没有队列限制，在MD5变换中的解码的命令调用可以被相应的类型替代。
A1  global.h
/* GLOBAL.H - RSAREF 类型和常数*/
/* 当且仅当编译器支持函数原型的声明时，PROTOTYPES必须被设置一次
如果还没有定义C编译器的标记，下面的代码使PROTOTYPES置为0。*/
#ifndef PROTOTYPES
#define PROTOTYPES 0
#endif

/* POINTER 定义成一个普通的指针类型 */
typedef unsigned char *POINTER;

/* UINT2 定义成两字节的字 */
typedef unsigned short int UINT2;

/* UINT4定一成四字节的字  */
typedef unsigned long int UINT4;

/* PROTO_LIST的定义依赖于上面PROTOTYPES的定义，如果使用了PROTOTYPES，那么
PROTO_LIST返回此列表，否则返回一个空列表。*/
#if PROTOTYPES
#define PROTO_LIST(list) list
#else
#define PROTO_LIST(list) ()
#endif
A.2 md5.h
/*MD5.H - MD5C.C头文件*/
/*本软件允许被复制或运用，但必须在所有提及和参考的地方标注“RSA Data Security, Inc. MD5 
Message-Digest Algorithm”，也允许产生或运用派生软件，但必须在所有提及和参考的地方标明
“derived from the RSA Data Security, Inc. MD5 Message-Digest Algorithm”
    RSA数据安全公司（RSA Data Security, Inc.）从来没有出于任何特定目的陈述过关于此
软件的可买性和实用性，它提供了“as is”,没有表达或暗示过任何理由。
    此声明必须在任何此文件和软件的任何拷贝中保留。*/

/* MD5 context. */
typedef struct 
{
  UINT4 state[4];                                   /* state (ABCD) */
  UINT4 count[2];        /* 位数量, 模 2^64 (低位在前) */
  unsigned char buffer[64];                         /* 输入缓冲器 */
} MD5_CTX;

void MD5Init PROTO_LIST ((MD5_CTX *));
void MD5Update PROTO_LIST
  ((MD5_CTX *, unsigned char *, unsigned int));
void MD5Final PROTO_LIST ((unsigned char [16], MD5_CTX *));
A.3 md5c.c

/* MD5C.C – RSA数据安全公司，MD5报文摘要算法*/
/*本软件允许被复制或运用，但必须在所有提及和参考的地方标注“RSA Data Security, Inc. MD5 
Message-Digest Algorithm”也允许产生或运用派生软件，但必须在所有提及和参考的地方标明
“derived from the RSA Data RSA数据安全公司（RSA Data Security, Inc.）从来没有出于任何
特定目的陈述过关于此软件的可买性和实用性，它提供了“as is”,没有表达或暗示过任何理由。
    此声明必须在任何此文件和软件的任何拷贝中保留。*/

#include "global.h"
#include "md5.h"

/* Constants for MD5Transform routine.
 */

#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 void MD5Transform PROTO_LIST ((UINT4 [4], unsigned char [64]));
static void Encode PROTO_LIST
  ((unsigned char *, UINT4 *, unsigned int));
static void Decode PROTO_LIST
  ((UINT4 *, unsigned char *, unsigned int));
static void MD5_memcpy PROTO_LIST ((POINTER, POINTER, unsigned int));
static void MD5_memset PROTO_LIST ((POINTER, int, unsigned int));

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
};

/* F, G, H 和 I 是基本MD5函数 */
#define F(x, y, z) (((x) & (y)) | ((~x) & (z)))
#define G(x, y, z) (((x) & (z)) | ((y) & (~z)))
#define H(x, y, z) ((x) ^ (y) ^ (z))
#define I(x, y, z) ((y) ^ ((x) | (~z)))

/* ROTATE_LEFT 将x循环左移n位 */
#define ROTATE_LEFT(x, n) (((x) << (n)) | ((x) >> (32-(n))))

/* 循环从加法中分离出是为了防止重复计算*/
#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); \
  }

/* MD5 初始化. 开始一个MD5操作写一个新的context. */
void MD5Init (context)
MD5_CTX *context;                                        /* context */
{
  context->count[0] = context->count[1] = 0;
  context->state[0] = 0x67452301;
  context->state[1] = 0xefcdab89;
  context->state[2] = 0x98badcfe;
  context->state[3] = 0x10325476;
}

/*MD5 分组更新操作. 继续一个MD5操作,处理另一个消息分组并更新context. */
void MD5Update (context, input, inputLen)
MD5_CTX *context;                                        /* context */
unsigned char *input;                                /* 输入分组*/
unsigned int inputLen;                     /* 输入的分组的长度 */
{
  unsigned int i, index, partLen;

      /* 计算字节数模64的值 */
  index = (unsigned int)((context->count[0] >> 3) & 0x3F);

  /* Update number of bits */
  if ((context->count[0] += ((UINT4)inputLen << 3))

   < ((UINT4)inputLen << 3))
 context->count[1]++;
  context->count[1] += ((UINT4)inputLen >> 29);

  partLen = 64 - index;

     /* 按能达到的最大次数转换*/
 if (inputLen >= partLen) {
 MD5_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]);

 index = 0;
  }
  else
 i = 0;

     /* 缓冲器保留输入值 */
  MD5_memcpy
 ((POINTER)&context->buffer[index], (POINTER)&input[i],
  inputLen-i);
}

/* MD5 最终结果. 以一个 MD5 报文摘要操作结束, 写下报文摘要值 */
void MD5Final (digest, context)
unsigned char digest[16];                         /*报文摘要 */
MD5_CTX *context;                                       /* context */
{
  unsigned char bits[8];
  unsigned int index, padLen;

    /* 保存位数值 */
  Encode (bits, context->count, 8);
  index = (unsigned int)((context->count[0] >> 3) & 0x3f);
  padLen = (index < 56) ? (56 - index) : (120 - index);
  MD5Update (context, PADDING, padLen);

  /* 附加长度 (在补位之前) */
  MD5Update (context, bits, 8);

  /* 将 state 存入 digest 中*/
  Encode (digest, context->state, 16);
  MD5_memset ((POINTER)context, 0, sizeof (*context));
}

/* MD5基本转换. 转换状态基于分组*/
static void MD5Transform (state, block)
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);