一种基于Md5算法的改进加密方法
陈小兵
【
antian365.com
】
摘要 Md5加密算法是目前网络上用得最为广泛的一种加密算法，很多信息系统以及绝大多数网站都是采用Md5加密，通过使用它来加密一些系统登录时的口令以及其它一些信息，而入侵者通过各种方法只要获得用户名以及对应的Md5值，通过暴力破解等方式破解，从而获取其系统的普通用户乃至管理员的权限。本文讨论了Md5加密算法在应用方面遇到的一些问题，并且针对这种问题在基于Md5算法的基础上改进了加密方法，从而使用Md5加密口令方面更加安全。
关键字 Md5算法 加密 改进方法
1.前言
Md5的全称是Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法），在90年代初由Mit Laboratory For Computer Science和Rsa Data Security Inc的Ronaldl.rivest开发出来，经md2、md3和md4发展而来。它的作用是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密钥前被“压缩”成一种保密的格式。由于md5算法的使用不需要支付任何版权费用的，所以在一般的情况下，md5也不失为一种非常优秀的加密算法，被大量公司和个人广泛使用。2004年8月17日的美国加州圣巴巴拉的国际密码学会议（Crypto’2004）上，来自中国山东大学的王小云教授做了破译MD5、HAVAL-128、 MD4和RIPEMD算法的报告，公布了MD系列算法的破解结果，MD5破解工程权威网站（[url]http://www.md5crk.com[/url]）也因此关闭，从此宣布MD5加密算法不再是一种安全的加密算法。
虽然王小云教授公布了破解MD5算法的报告，宣告该算法不再安全，但是对于公司以及普通用户来说，从算法上来破解MD5非常困难，因此MD5仍然算是一种安全的算法。
MD5是一个安全的散列算法，输入两个不同的明文不会得到相同的输出值，根据输出值，不能得到原始的明文，即其过程不可逆；所以要解密MD5没有现成的算法，只能用穷举法，把可能出现的明文，用MD5算法散列之后，把得到的散列值和原始的数据形成一个一对一的映射表，通过比在表中比破解密码的MD5算法散列值，通过匹配从映射表中找出破解密码所对应的原始明文。
对信息系统或者网站系统来说，MD5算法主要用在用户注册口令的加密，对于普通强度的口令加密，可以通过以下三种方式进行破解：
（1）在线查询密码。一些在线的MD5值查询网站提供MD5密码值的查询，输入MD5密码值后，如果在数据库中存在，那么可以很快获取其密码值。
（2）使用MD5破解工具。网络上有许多针对MD5破解的专用软件，通过设置字典来进行破解。
（3）通过社会工程学来获取或者重新设置用户的口令。
因此简单的MD5加密是没有办法达到绝对的安全的，因为普通的MD5加密有多种暴力破解方式，因此如果想要保证信息系统或者网站的安全，需要对MD5进行改造，增强其安全性，本文就是在MD5加密算法的基础上进行改进！
2.Md5算法应用
2.1Md5加密原理
MD5以512位分组来处理输入的信息，且每一分组又被划分为16个32位子分组，经过了一系列的处理后，算法的输出由四个32位分组组成，将这四个32位分组级联后将生成一个128位散列值。
在MD5算法中，首先需要对信息进行填充，使其字节长度对512求余数的结果等于448。因此，信息的字节长度（Bits Length）将被扩展至N*512+448，即N*64+56个字节（Bytes），N为一个正整数。填充的方法如下，在信息的后面填充一个1和无数个0，直到满足上面的条件时才停止用0对信息的填充。然后再在这个结果后面附加一个以64位二进制表示的填充前的信息长度。经过这两步的处理，现在的信息字节长度=N*512+448+64=(N+1)*512，即长度恰好是512的整数倍数。这样做的原因是为满足后面处理中对信息长度的要求。MD5中有四个32位被称作链接变量（Chaining Variable）的整数参数，他们分别为：A=0x01234567，B=0x89abcdef，C=0xfedcba98，D=0x76543210。 当设置好这四个链接变量后，就开始进入算法的四轮循环运算，循环的次数是信息中512位信息分组的数目。
将上面四个链接变量复制到另外四个变量中：A到a，B到b，C到c，D到d。 主循环有四轮（MD4只有三轮），每轮循环都很相似。第一轮进行16次操作。每次操作对a、b、c和d中的其中三个作一次非线性函数运算，然后将所得结果加上第四个变量（文本中的一个子分组和一个常数）。再将所得结果向右环移一个不定的数，并加上a、b、c或d中之一。最后用该结果取代a、b、c或d中之一。 以一下是每次操作中用到的四个非线性函数（每轮一个）。
F(X,Y,Z)=(X∧Y)∨(( X)∧Z)
G(X,Y,Z)=(X∧Z)∨(Y∧( Z))
H(X,Y,Z)=X⊕Y⊕Z
I(X,Y,Z)=Y⊕(X∨( Z))
其中，⊕是异或，∧是与，∨是或， 是反符号。
如果X、Y和Z的对应位是独立和均匀的，那么结果的每一位也应是独立和均匀的。F是一个逐位运算的函数。即，如果X，那么Y，否则Z。函数H是逐位奇偶操作符。所有这些完成之后，将A，B，C，D分别加上a，b，c，d。然后用下一分组数据继续运行算法，最后的输出是A，B，C和D的级联。最后得到的A，B，C，D就是输出结果，A是低位，D为高位，DCBA组成128位输出结果。
2.2 MD5的安全性
从安全的角度讲，MD5的输出为128位，若采用纯强力攻击寻找一个消息具有给定Hash值的计算困难性为2128，用每秒可试验1000000000个消息的计算机需时1.07×1022年。若采用生日攻击法，寻找有相同Hash值的两个消息需要试验264个消息，用每秒可试验1000000000个消息的计算机需时585年。
2.3 Md5加密算法的应用
MD5加密算法由于其具有较好的安全性，加之商业也可以免费使用该算法，因此该加密算法被广泛使用，md5算法主要运用在数字签名、文件完整性验证以及口令加密等方面。
3.改进后的加密方法
3.1目前md5加密方法利用的缺陷
在目前的信息系统中，对md5加密方法的利用主要通过在脚本页面中引用包含md5加密函数代码的文件，以asp脚本为例，在需要调用的页面中加入<!--#include file="includes/md5.asp"-->，md5.asp为md5加密函数代码文件，然后直接调用函数MD5(sMessage)即可，md5加密后的值有16位和32位之分，如果在md5加密函数中使用的是MD5 = LCase(WordToHex(a) & WordToHex(b) & WordToHex(c) & WordToHex(d))，则表示是32位，如果使用的是MD5=LCase(WordToHex(b) & WordToHex(c))，则表示是16位。例如对明文为“123456”的值进行加密，其md5值有两个，如下所示：
A=“123456”
password=md5(A)= 49ba59abbe56e057
password=md5(A)= e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e
如果将加密的md5值直接保存在数据库，当网站存在注入或者其它漏洞时，入侵者极有可能获取用户的密码值，通过md5在线查询或者暴力破解可以得到密码。
3.2基于md5算法的改进加密方法
本文提到的方法是在使用md5加密算法对明文（口令）加密的基础上，对密文进行了改变，在密文中截取一段数据并丢弃，然后使用随机函数填充被丢弃的数据，且整个过程不改变md5加密后的位数。其加密过程用算法描述如下：
（1）对明文password进行md5加密，获得密文md5（password）。
（2）使用截取函数截取加密后的密文，从第beginnumber位置开始截取number位数值，得到密码A，其中A=left(md5（password）,beginnumber-1)。
（3）使用截取函数截取加密后的明文的number位数后的值B，其中 B=right(md5（password），md5-digit -(beginnumber+number-1))。
（4）使用随机函数gen_key（number）填充被截取的number的值。
（5）变换后的密码值为encrypt_password =A&get_key(number)&B
变量说明：
password：客户端提交的原始密码
encrypt_password：经过处理后的密码
beginnumber：对原始密码开始截取的位置（0<beginnumber<16或者0<beginnumber<32）
number：对密码截取位数（0<beginnumber<16或者0<beginnumber<32）
md5-digit：md5取16位或者32位值
解密过程跟加密过程有些类似，先对输入的明文进行加密，接着从beginnumber处截取前半部分得到A′，后半部分得到B′，然后从数据库中读出密码中的A和B部分，最后如果A=A′并且B=B′，则认为用户输入的密码跟数据库中的密码是匹配的。
3.关键代码与实现
本文提及改进方法关键实现代码如下：
<!--#include file="md5.asp"-->
<%
Function GetRandomizeCode(digit)
Randomize
Dim m_strRandArray,m_intRandlen,m_strRandomize,i
m_strRandArray = Array(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,"A","B","C","D","E","F","G","H","I","J","K","L","M","N","O","P","Q","R","S","T","U","V","W","X","Y","Z")
m_intRandlen = digit ''定义随机码的长度
for i = 1 to m_intRandlen
m_strRandomize = m_strRandomize & m_strRandArray(Int((21*Rnd)))
next
GetRandomizeCode = lcase(m_strRandomize)
End Function
Function encrypt_password(beginnumber,number,password,md5_digit)
A=left(md5(password),beginnumber-1)
B=Right(md5(password),md5_digit-(beginnumber+number-1))
C=GetRandomizeCode(number)
D=A&C&B
encrypt_password=d
End Function
%>
实现效果如图1所示，需要加密时直接调用encrypt_password函数即可。
图1 实现效果
从图1中可以看到第三位至第九位为随机填充数，随机填充数为“462hjk”。
4.讨论与结束语
有人也曾经提出对md5加密算法中的函数或者变量进行修改，从而加强在使用原md5算法的安全，但是这种方法修改了md5原函数或者变量后，无法验证修改后md5算法在强度上是否跟原算法一致。本文提出的方法是在原有md5加密的基础上，通过对密文截取一定位数的字符串，并使用随机数进行填充，最后得到的密文虽然是经过md5加密，但是其值已经大不一样，因此通过md5常规破解方法是永远也不能破解其原始密码值，从而保证了数据的安全。虽然目前有很多攻击方法，诸如SQL注入、跨站攻击等，可以较容易的获取数据库中的值，通过本方法进行加密，在网站或者系统代码泄露前，其数据是相对安全的，因此具有一定参考加值。
参考文献
【1】
使用md5校验和算法保护文件(算法/原理/程序) ，[url]http://www.cnitblog.com/zouzheng/archive/2007/07/27/30767.html[/url]
本文转自 simeon2005 51CTO博客，原文链接:http://blog.51cto.com/simeon/112238
