MD5（Message‑Digest Algorithm 5）概述
1. 什么是 MD5
MD5 是一种单向散列（哈希）函数，由 Ronald Rivest 于 1991 年提出，并在 RFC 1321 中正式定义。它把任意长度的输入数据压缩为 128 位（16 字节） 的摘要，常用十六进制形式表示为 32 位字符。
2. 工作原理
| 步骤 | 关键操作 | 说明 |
|---|---|---|
| ① 数据填充 | 在原始消息后追加一个 “1” 位，再填充若干 “0”，使总长度满足 512 位（64 字节）的整数倍，最后再附加 64 位表示原消息长度 | 确保每个块大小统一，便于后续分块处理 |
| ② 分块划分 | 将填充后的数据划分为若干 512 位块，每块再拆成 16 个 32 位子块 | 为迭代压缩函数提供输入单元 |
| ③ 初始化向量 | 设定四个 32 位的初始寄存器 A、B、C、D（分别为 0x67452301、0xefcdab89、0x98badcfe、0x10325476） | 为整个哈希过程提供起始状态 |
| ④ 迭代压缩 | 对每个块执行 64 轮 的非线性函数（F、G、H、I）+ 位移 + 常数加法，循环更新 A、B、C、D 的值 | 通过大量的异或、左旋等基本二进制操作实现信息扩散 |
| ⑤ 输出 | 最终的 A、B、C、D 合并后得到 128 位摘要，通常以 32 位十六进制字符串呈现 | 形成固定长度、不可逆的哈希值 |
3. 主要特性
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 固定长度 | 任意长度输入均映射为 128 位输出 |
| 单向性 | 由摘要难以逆推出原始数据 |
| 雪崩效应 | 输入的微小改动会导致摘要大幅变化 |
| 快速计算 | 在 32 位机器上实现高效，无需大表查找 |
4. 常见应用
- 数据完整性校验：文件下载、软件分发时对比 MD5 摘要以验证未被篡改。
- 密码存储（已不推荐）：早期系统将用户密码的 MD5 值存入数据库。
- 数字签名与证书：在非高安全需求场景下，用 MD5 生成消息摘要后再进行 RSA 加密。
- 缓存键、唯一标识：在分布式系统中用作快速的内容指纹。
（以上均在技术博客和实践文档中有广泛描述）
5. 安全性问题与现状
- 碰撞攻击：自 2004 年起，研究者已成功构造不同文件拥有相同 MD5 摘要，说明 MD5 不具备强抗碰撞性。
- 预映像攻击：虽然仍比碰撞更难，但已出现针对特定场景的突破。
- 行业建议：美国国土安全部等机构已将 MD5 列为“已损坏的密码学算法”，推荐使用 SHA‑2、SHA‑3 或 BLAKE2 等更安全的哈希函数。
因此，在 安全敏感（如 SSL/TLS、数字签名、密码学协议）场景下不应再使用 MD5；仅在对抗碰撞要求不高的内部校验、唯一标识等场景仍可见其使用。
6. 小结
MD5 作为最早被广泛部署的密码哈希函数，凭借实现简单、计算快速的优势在过去二十多年里发挥了重要作用。但随着密码学研究的进步，已被证明在碰撞防护方面存在根本缺陷，现代安全系统普遍转向更安全的 SHA‑2/3 系列。了解 MD5 的原理有助于理解哈希函数的基本设计思想，也能帮助开发者在遗留系统中识别并逐步替换不安全的实现。
声明：文章均为AI生成，请谨慎辨别信息的真伪和可靠性！