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本文中大量资料都是参考或直接复用的来源链接中的,整理本文更多的是梳理自己的知识体系,以及便于后续回顾。
TODO: 后续还需要对整个MD5以及SHA-1算法重新梳理
MD5即Message-Digest Algorithm 5(信息-摘要算法5),用于确保信息传输完整一致。是计算机广泛使用的杂凑算法之一(又译摘要算法、哈希算法)。
主流编程语言普遍已有MD5实现。将数据(如汉字)运算为另一固定长度值,是杂凑算法的基础原理,MD5的前身有MD2、MD3和MD4。
MD5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(就是把一个任意长度的字节串变换成一定长的十六进制数字串)。
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
SHA是美国国家安全局设计的,由美国国家标准和技术研究院发布的一系列密码散列函数。
最初载明的算法于1993年发布,称做安全散列标准 (Secure Hash Standard),FIPS PUB 180。这个版本常被称为 “SHA-0”。它在发布之后很快就被NSA撤回,并且以 1995年发布的修订版本 FIPS PUB 180-1 (通常称为 “SHA-1”) 取代。
这个安全哈希算法(Secure Hash Algorithm)主要适用于数字签名标准(Digital Signature Standard DSS)里面定义的数字签名算法(Digital Signature Algorithm DSA)。
对于长度小于2^64位的消息,SHA1会产生一个160位的消息摘要。当接收到消息的时候,这个消息摘要可以用来验证数据的完整性。在传输的过程中,数据很可能会发生变化,那么这时候就会产生不同的消息摘要。
在SHA1算法中,我们必须把原始消息(字符串,文件等)转换成位字符串。SHA1算法只接受位作为输入。假设我们对字符串“abc”产生消息摘要。首先,我们将它转换成位字符串如下:01100001 01100010 01100011 ‘a’=97 ‘b’=98 ‘c’=99 这个位字符串的长度为24
由于MD5 与SHA-1均是从MD4 发展而来,它们的结构和强度等特性有很多相似之处,下表是对MD5 与SHA-1 的结构比较。
SHA-1与MD5 的最大区别在于其摘要比MD5 摘要长 32 比特。对于强行攻击,产生任何一个报文使之摘要等于给定报文摘要的难度:
产生具有相同摘要的两个报文的难度:
因而,SHA-1 对强行攻击的强度更大。但由于SHA-1 的循环步骤比MD5 多(80:64)且要处理的缓存大(160 比特:128 比特),SHA-1 的运行速度比MD5 慢。
MD5 | SHA-1 | |
---|---|---|
分组长度 | 512 bit | 512 bit |
摘要长度 | 128 bit | 160 bit |
循环中的步骤 | 64 | 80 |
报文最大长度 | 无穷大 | 2^64 - 1 |
基本逻辑函数 | 4 | 4 |
结构形式 | Little-endian(小端序) | Big-endian(大端序) |
SHA1和MD5的算法都是从MD4算法改进而来的2种算法。
基本思路都是将信息分成N个分组,每组64个字节,每个分组都进行摘要运算。当一个分组的摘要运算完毕后,将上一个分组的结果也用于下一个分组的运算。
信息的长度(注意是bit位长度,不是字节长度)用64位表示,也要参加信息摘要运算,而且是放在最后一个分组的末尾,所以长度信息要占据8个字节。
如果信息数据最后一个分组长度小于64个字节,在后面添加0x80标志结束,如果此时数据+结束标志已经<=56个字节,还可以放入长度数据,就在结束标志到第56个字节补0,然后放入长度,如果此时信息数据+结束标志已经大于56字节,那么这个分组后面补0,进行一次摘要运算,然后再建立一个分组,前面全部补0,最后16个字节放长度,再进行一次摘要。
需要注意的地方如下。
以下这个JS试下的SHA-1方式基本就是来源于参考链接中的。
(function(exports) {
"use strict";
/**
* 决定hex是大写散列还是小写散列
* 为true为大写
*/
var hexcase = 0;
var b64pad = "";
var chrsz = 8;
/**
* @description hex_sha1加密,据传是最安全的散列方法,不可逆
* @param {String} s 加密内容
* @return {String} 返回密文,hex字符串
*/
exports.sha1_hex = function(s) {
return binb2hex(core_sha1(str2binb(s), s.length * chrsz))
};
/**
* @description b64_sha1加密,也是sha1加密的一种,不可逆
* @param {String} s 加密内容
* @return {String} 返回密文,base64字符串
*/
exports.sha1_b64 = function(s) {
return binb2b64(core_sha1(str2binb(s), s.length * chrsz))
};
/**
* @description 普通字符串加密,也是sha1加密的一种,不可逆
* @param {String} s 加密内容
* @return {String} 返回密文,string字符串
*/
exports.sha1_str = function(s) {
return binb2str(core_sha1(str2binb(s), s.length * chrsz))
};
function hex_hmac_sha1(key, data) {
return binb2hex(core_hmac_sha1(key, data))
}
function b64_hmac_sha1(key, data) {
return binb2b64(core_hmac_sha1(key, data))
}
function str_hmac_sha1(key, data) {
return binb2str(core_hmac_sha1(key, data))
}
function core_sha1(x, len) {
x[len >> 5] |= 0x80 << (24 - len % 32);
x[((len + 64 >> 9) << 4) + 15] = len;
var w = Array(80);
var a = 1732584193;
var b = -271733879;
var c = -1732584194;
var d = 271733878;
var e = -1009589776;
for(var i = 0; i < x.length; i += 16) {
var olda = a;
var oldb = b;
var oldc = c;
var oldd = d;
var olde = e;
for(var j = 0; j < 80; j++) {
if(j < 16) w[j] = x[i + j];
else w[j] = rol(w[j - 3] ^ w[j - 8] ^ w[j - 14] ^ w[j - 16], 1);
var t = safe_add(safe_add(rol(a, 5), sha1_ft(j, b, c, d)), safe_add(safe_add(e, w[j]), sha1_kt(j)));
e = d;
d = c;
c = rol(b, 30);
b = a;
a = t
}
a = safe_add(a, olda);
b = safe_add(b, oldb);
c = safe_add(c, oldc);
d = safe_add(d, oldd);
e = safe_add(e, olde)
}
return Array(a, b, c, d, e)
}
function sha1_ft(t, b, c, d) {
if(t < 20) return(b & c) | ((~b) & d);
if(t < 40) return b ^ c ^ d;
if(t < 60) return(b & c) | (b & d) | (c & d);
return b ^ c ^ d
}
function sha1_kt(t) {
return(t < 20) ? 1518500249 : (t < 40) ? 1859775393 : (t < 60) ? -1894007588 : -899497514
}
function core_hmac_sha1(key, data) {
var bkey = str2binb(key);
if(bkey.length > 16) bkey = core_sha1(bkey, key.length * chrsz);
var ipad = Array(16),
opad = Array(16);
for(var i = 0; i < 16; i++) {
ipad[i] = bkey[i] ^ 0x36363636;
opad[i] = bkey[i] ^ 0x5C5C5C5C
}
var hash = core_sha1(ipad.concat(str2binb(data)), 512 + data.length * chrsz);
return core_sha1(opad.concat(hash), 512 + 160)
}
function safe_add(x, y) {
var lsw = (x & 0xFFFF) + (y & 0xFFFF);
var msw = (x >> 16) + (y >> 16) + (lsw >> 16);
return(msw << 16) | (lsw & 0xFFFF)
}
function rol(num, cnt) {
return(num << cnt) | (num >>> (32 - cnt))
}
function str2binb(str) {
var bin = Array();
var mask = (1 << chrsz) - 1;
for(var i = 0; i < str.length * chrsz; i += chrsz) bin[i >> 5] |= (str.charCodeAt(i / chrsz) & mask) << (32 - chrsz - i % 32);
return bin
}
function binb2str(bin) {
var str = "";
var mask = (1 << chrsz) - 1;
for(var i = 0; i < bin.length * 32; i += chrsz) str += String.fromCharCode((bin[i >> 5] >>> (32 - chrsz - i % 32)) & mask);
return str
}
function binb2hex(binarray) {
var hex_tab = hexcase ? "0123456789ABCDEF" : "0123456789abcdef";
var str = "";
for(var i = 0; i < binarray.length * 4; i++) {
str += hex_tab.charAt((binarray[i >> 2] >> ((3 - i % 4) * 8 + 4)) & 0xF) + hex_tab.charAt((binarray[i >> 2] >> ((3 - i % 4) * 8)) & 0xF)
}
return str
}
function binb2b64(binarray) {
var tab = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";
var str = "";
for(var i = 0; i < binarray.length * 4; i += 3) {
var triplet = (((binarray[i >> 2] >> 8 * (3 - i % 4)) & 0xFF) << 16) | (((binarray[i + 1 >> 2] >> 8 * (3 - (i + 1) % 4)) & 0xFF) << 8) | ((binarray[i + 2 >> 2] >> 8 * (3 - (i + 2) % 4)) & 0xFF);
for(var j = 0; j < 4; j++) {
if(i * 8 + j * 6 > binarray.length * 32) str += b64pad;
else str += tab.charAt((triplet >> 6 * (3 - j)) & 0x3F)
}
}
return str
}
// 可以将exports暴露成自己的命名空间
Util.namespace('md5', exports);
})({});
详细可以参考源码: https://github.com/dailc/charset-encoding-series