一种改进的MD5加密算法及应用

徐跃，吴晓刚

（兴义民族师范学院，兴义 562400）

0 引言

随着大数据与“互联网+”的迅猛发展，网络安全对生活产生了越来越深的影响。如在日常生活中如何保证自己的个人信息安全，如何提高计算机网络的安全性，保护网站及其数据库的安全，防止信息被窃取或者授权给非法用户等，这些都表明网络信息安全显得尤为重要。

2004年王小云教授公布了MD5算法的破解结果[1]，让人们认识到了MD5算法的安全问题。而MD5单向函数算法的便捷性使得它在生活中仍然有广泛的应用背景，特别是在网站帐号口令的加密中，如何使MD5在应用过程中更加安全可靠，引发了人们对该密码算法安全性的思考。

针对MD5加密算法在目前PHP网站开发中的应用，我们对MD5算法进行作了一个改进的应用，有效地提高其安全性，并运用网站上公开的解密工具作了攻击对比实验。

1 MD5加密算法的原理

MD5算法是一种用来处理消息的算法，其加密原理如下所示：

MD5算法简述可以为MD5以512位分组来处理信息[1]，一个字符的长度是8位，即一个字节的长度。MD5算法就是将需要加密的信息分割成很多个分组，每个分组为512位，不足512位的X部分先填充一个1，再接无数个0，直到补足512位。加密过程如下[1]：

（1）填充：输入的信息每一个分组为512位，如果分组小于512位，则需要进行填充。填充的方法是填充一个1和n个0。填充完后，信息的每组长度就为512 位（bit）。

（2）初始化变量：对变量进行初始化，它们分别为：M=0x23456789，N=0x89FEDCBA，O=0xABCDEF98，P=0x01234567。这些变量用于第一轮的运算。

（3）分组处理数据：每一分组的算法流程如下：

第一分组将上面四个变量复制到另外四个变量中：M到m，N到n，O到o，P到p。其中第二分组变量为上一分组的计算得到的结果，即M=m，N=n，O=o，P=p。

第一轮进行16次运算。每次操作对m、n、o和p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。再将所得结果向左移一个不定的数，并加上m、n、o或p中之一。最后用该结果取代m、n、p或q中之一。

下面是每次运算用的非线性函数（每轮一个）。

Y1（M,N,P）=（M&N）|（（～M）&P）

Y2（M,N,P）=（M&P）|（M&（～P））

Y3（M,N,P）=M^N^P

Y4（M,N,P）=M^（N|（～P）

Y1是一个逐位运算的函数。

（4）输出：

输出是a、b、c和d的级联的一组散列值。

2 改进MD5算法

（1）改进的MD5算法原理

以下算法采用对原有的MD5算法的散列值进行加密处理，从而增加了变换次数和密钥空间，提高了加密的强度。图1给出了加密算法的实现原理。

图1 MD5算法改进过程加密算法

（2）加密的具体步骤：

①输入需要进行加密的信息，使用MD5进行加密，得到MD5算法产生的信息摘要。

②对获得的信息摘要进行处理，从第四位开始截取12个字符。

③自己给定一个12个字符的字符串（包含字母、数字、特殊符号）。

④使用给定的字符串去替换原信息摘要中的从第四位开始的12个字符。

⑤解密，即加密的逆过程。但必须知道产生的随机12个字符。

3 PHP网站加密实现及安全性分析

根据上述算法给出一个在PHP网站中的应用实例。

采用PHP对帐号口令加密的实现算法：

＜?php

$pswd1=md5（"123"）;//对 ”123”进 行 MD5 算 法加密

$pswd2=substr（$pswd1,4,12）;[1]//截取字符串，用于存储和替换

$pwd=”emnqvwADLO37”;//给定的字符串

$pswd3=str_replace（$pswd2,$pwd,$pswd1）;//字符串替换，产生新的信息摘要

echo"使用改进后md5加密后的密文：";

echo$pswd3;//改进后新的MD5算法产生新的信息摘要

?＞

实验过程对比如下：

图2 口令信息“123”的MD5加密结果

图3 对口令信息摘要作MD5解密

图4 改进的MD5算法对信息“123”加密

图5 使用MD5解密工具破解密码无效

实验结果分析：

（1）统计特性分析

由以上可知，图2对消息“123”进行普通的MD5算法进行加密，得到一个信息摘要为“202cb962ac 59075b964b07152d234b70”，图3可以对普通MD5加密后的信息摘要“202cb962ac59075b964b07152d234 b70”进行解密，解密出来与加密的消息一样为“123”。图4使用PHP程序加密后产生的新的信息摘要“202cemnqvwADLO37964b07152d234b70”，图 5使用MD5解密工具无法对改进算法产生的信息摘要“202cemnqvwADLO37964b07152d234b70”进行解密，提高了MD5算法在应用中的安全性和可靠性。

（2）密钥空间分析

原算法消息摘要密钥空间采用32位的16进制数字来表示,密钥空间为16^32。改进的算法加密后的密钥空间含有字母、数字、特殊符号，例如“#”、“@”符号等，其密钥空间从第四个字符到第16个字符为64^12，增大了密钥空间，相对提高了安全性。

4 结语

本文在原有MD5算法的基础上，通过进一步变换处理，增加字典字符来增大密钥空间[4]，从而提高其安全性。对改进后的新MD5算法，给出了一种在PHP网站中的实现和应用，经过公开的解密工具破译测试表明，该MD5算法更加安全可靠。算法的改进使用了古典对称密码技术和网站加密函数等工具，新的MD5算法利用对称密码技术和现代散列算法[5]整合在一起，既有便捷性又提高了安全性。

图6 算法密钥空间分析