C语言实现MD5校验

C语言实现MD5校验

MD5（Message Digest Algorithm 5）是一种常用的消息摘要算法，用于确保数据的完整性和一致性。它将任意长度的消息作为输入，生成128位的散列值作为输出。MD5的设计者是Ronald Rivest，于1992年发布。

本文将详细介绍如何使用C语言实现MD5校验，并提供一个完整的案例说明。

1. MD5算法的原理

MD5算法主要分为四个步骤：填充、初始化、计算和输出。下面对这四个步骤进行详细介绍。

1.1 填充（Padding）

填充是为了使消息的长度满足一定的条件。MD5算法要求消息的长度（以位为单位）是64的倍数，所以在消息末尾添加填充位。

1.2 初始化（Initialization）

初始化是为了设置MD5算法所需的初始参数，包括初始的128位状态变量（A、B、C、D）。

1.3 计算（Compute）

计算是MD5算法的核心部分，包括4个运算轮。每个运算轮都由16个操作步骤组成。在每个操作步骤中，根据当前轮数选择不同的非线性函数、常量值和位移量，并对状态变量进行更新。

1.4 输出（Output）

输出是将最终的MD5摘要值转换为可读的16进制字符串的过程。

2. C语言实现MD5校验

接下来，我们将介绍如何使用C语言实现MD5校验。首先，我们需要包含一些头文件和定义一些常量和结构体。

```c

#include

#include

#include

#include

#define LEFT_ROTATE(x, n) (((x) << (n)) | ((x) >> (32 - (n))))

typedef struct {

uint32_t state[4];

uint32_t count[2];

unsigned char buffer[64];

} MD5_CTX;

void MD5Init(MD5_CTX *context);

void MD5Update(MD5_CTX *context, const unsigned char *input, uint32_t inputLen);

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

void MD5Transform(uint32_t state[4], const unsigned char block[64]);

void MD5Encode(unsigned char *output, uint32_t *input, uint32_t len);

void MD5Decode(uint32_t *output, const unsigned char *input, uint32_t len);

```

下面我们逐个函数进行详细介绍。

2.1 MD5Init

这个函数用于初始化MD5算法的状态变量和计数器。

```c

void MD5Init(MD5_CTX *context) {

context->state[0] = 0x67452301;

context->state[1] = 0xEFCDAB89;

context->state[2] = 0x98BADCFE;

context->state[3] = 0x10325476;

context->count[0] = 0;

context->count[1] = 0;

}

```

2.2 MD5Update

这个函数用于更新MD5算法的状态变量和计数器。它将输入消息分块并逐个块进行处理。

```c

void MD5Update(MD5_CTX *context, const unsigned char *input, uint32_t inputLen) {

uint32_t i, index, partLen;

//更新计数器

index = (context->count[0] >> 3) & 0x3F;

if ((context->count[0] += (inputLen << 3)) < (inputLen << 3)) {

context->count[1]++;

}

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

//处理消息分块

partLen = 64 - index;

if (inputLen >= partLen) {

memcpy(&context->buffer[index], 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;

}

//保存剩余的未处理的消息

memcpy(&context->buffer[index], &input[i], inputLen - i);

}

```

2.3 MD5Final

这个函数用于完成MD5算法的最后一步，生成最终的MD5摘要值。

```c

void MD5Final(unsigned char digest[16], MD5_CTX *context) {

unsigned char bits[8];

uint32_t index, padLen;

//保存原始消息的位数信息，填充0至56字节

MD5Encode(bits, context->count, 8);

index = (context->count[0] >> 3) & 0x3F;

padLen = (index < 56) ? (56 - index) : (120 - index);

MD5Update(context, PADDING, padLen);

//填充8字节的位数信息

MD5Update(context, bits, 8);

//生成最终的MD5摘要值

MD5Encode(digest, context->state, 16);

//清空状态变量和计数器

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

}

```

2.4 MD5Transform

这个函数用于进行MD5算法的核心计算，根据标准循环模式对每个消息分块进行处理。

```c

void MD5Transform(uint32_t state[4], const unsigned char block[64]) {

uint32_t a = state[0], b = state[1], c = state[2], d = state[3], x[16];

//将消息分块进行解码

MD5Decode(x, block, 64);

// 第一轮

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); /* 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 */

// 第二轮

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); /* 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 */

// 第三轮

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); /* 46 */

HH(c, d, a, b, x[15], S33, 0x1fa27cf8); /* 47 */

HH(b, c, d, a, x[ 2], S34, 0xc4ac5665); /* 48 */

// 第四轮

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 */

//更新MD5算法的状态变量

state[0] += a;

state[1] += b;

state[2] += c;

state[3] += d;

}

```

2.5 MD5Encode

这个函数用于将32位的无符号整数数组编码为无符号字符数组。

```c

void MD5Encode(unsigned char *output, uint32_t *input, uint32_t len) {

uint32_t i, j;

for (i = 0, j = 0; j < len; i++, j += 4) {

output[j] = input[i] & 0xff;

output[j + 1] = (input[i] >> 8) & 0xff;

output[j + 2] = (input[i] >> 16) & 0xff;

output[j + 3] = (input[i] >> 24) & 0xff;

}

}

```

2.6 MD5Decode

这个函数用于将无符号字符数组解码为32位的无符号整数数组。

```c

void MD5Decode(uint32_t *output, const unsigned char *input, uint32_t len) {

uint32_t i, j;

for (i = 0, j = 0; j < len; i++, j += 4) {

output[i] = input[j] | (input[j + 1] << 8) | (input[j + 2] << 16) | (input[j + 3] << 24);

}

}

```

3. MD5校验的使用方法

接下来，我们将介绍MD5校验的使用方法。首先，我们需要创建一个MD5_CTX结构体，并使用MD5Init函数初始化它。

```c

MD5_CTX context;

MD5Init(&context);

```

然后，我们可以使用MD5Update函数逐个输入消息分块。

```c

uint8_t input[] = "Hello, World!";

uint32_t inputLen = strlen(input);

MD5Update(&context, input, inputLen);

```

最后，我们使用MD5Final函数生成最终的MD5摘要值。

```c

unsigned char digest[16];

MD5Final(digest, &context);

```

现在，我们可以将摘要值转换为可读的16进制字符串，并打印出来。

```c

char md5str[33];

for (int i = 0; i < 16; i++) {

sprintf(md5str + i * 2, "%02x", digest[i]);

}

md5str[32] = '\0';

printf("MD5: %s\n", md5str);

```

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