iOS安全之路--MD5

作者: CatchZeng | 来源:发表于2016-05-10 10:08 被阅读383次

    一、MD5简介

    MD5的全称是Message-Digest Algorithm 5(信息-摘要算法)。其作用是对一段信息(该信息可以很大)生成信息摘要(很小),该摘要对该信息具有唯一性,可以作为数字签名。用于验证文件的有效性(是否有丢失或损坏的数据,云盘对文件的校验也是使用MD5) 和对用户密码的加密等。


    云盘文件校验

    需要说明的是唯一性和不可逆性都不是绝对的,从理论上分析是一种多对一的关系,但两个不同的信息产生相同摘要的概率很小。不可逆是指从输出反推输入所需的运算量和计算时间太大,使用穷搜字典的方法又需要太多的存储空间。所以MD5也并非完全安全的,现在可以搜索到许多MD5的破解软件。

    二、算法描述

    描述出处

    算法输入是一个字节串,每个字节是8个bit.
    算法的执行分为以下几个步骤:

    1.补位:

    MD5算法先对输入的数据进行补位,使得数据的长度(以byte为单位)对64求余的结果是56。
    即数据扩展至LEN=K*64+56个字节,K为整数。
    补位方法:补一个1,然后补0至满足上述要求。相当于补一个0x80的字节,再补值为0的字节。这一步里总共补充的字节数为0~63个。

    2.附加数据长度:

    用一个64位的整数表示数据的原始长度(以bit为单位),将这个数字的8个字节按低位的在前,
    高位在后的顺序附加在补位后的数据后面。这时,数据被填补后的总长度为:LEN = K64+56+8=(K+1)64 Bytes。
    ※注意那个64位整数是输入数据的原始长度而不是填充字节后的长度,我就在这里栽了跟头.

    3.初始化MD5参数:

    有四个32位整数变量 (A,B,C,D) 用来计算信息摘要,每一个变量被初始化成以下以十六进制数表示的数值,低位的字节在前面。
    word A: 01 23 45 67
    word B: 89 ab cd ef
    word C: fe dc ba 98
    word D: 76 54 32 10
    ※注意低位的字节在前面指的是Little Endian平台上内存中字节的排列方式,而在程序中书写时,要写成:
    A=0x67452301
    B=0xefcdab89
    C=0x98badcfe
    D=0x10325476

    4.定义四个MD5基本的按位操作函数:

    X,Y,Z为32位整数。
    F(X,Y,Z) = (X and Y) or (not(X) and Z)
    G(X,Y,Z) = (X and Z) or (Y and not(Z))
    H(X,Y,Z) = X xor Y xor Z
    I(X,Y,Z) = Y xor (X or not(Z))

    再定义四个分别用于四轮变换的函数。设Mj表示消息的第j个子分组(从0到15),<<<s表示循环左移s位,则四种操作为:
    FF(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+(F(b,c,d)+Mj+ti)<<<s)
    GG(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+(G(b,c,d)+Mj+ti)<<<s)
    HH(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+(H(b,c,d)+Mj+ti)<<<s)
    II(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示a=b+((a+(I(b,c,d)+Mj+ti)<<<s)

    5.对输入数据作变换。

    处理数据,N是总的字节数,以64个字节为一组,每组作一次循环,每次循环进行四轮操作。要变换的64个字节用16个32位的整数数组M[0 ...15]表示。而数组T[1 ... 64]表示一组常数, T[i]为4294967296*abs(sin(i))的32位整数部分,i的单位是弧度,i的取值从1到64。具体过程如下:

    /* 设置主循环变量 */
    For i = 0 to N/16-1 do

    /*每循环一次,把数据原文存放在16个元素的数组X中. /
    For j = 0 to 15 do
    Set X[j] to M[i
    16+j].
    end /结束对J的循环

    /* Save A as AA, B as BB, C as CC, and D as DD.
    */
    AA = A
    BB = B
    CC = C
    DD = D

    /* 第1轮/
    /
    以 [abcd k s i]表示如下操作
    a = b + ((a + F(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). /
    /
    Do the following 16 operations. */
    [ABCD 0 7 1] [DABC 1 12 2] [CDAB 2 17 3] [BCDA 3 22 4]
    [ABCD 4 7 5] [DABC 5 12 6] [CDAB 6 17 7] [BCDA 7 22 8]
    [ABCD 8 7 9] [DABC 9 12 10] [CDAB 10 17 11] [BCDA 11 22 12]
    [ABCD 12 7 13] [DABC 13 12 14] [CDAB 14 17 15] [BCDA 15 22 16]

    /* 第2轮* /
    /
    以 [abcd k s i]表示如下操作
    a = b + ((a + G(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). /
    /
    Do the following 16 operations. */
    [ABCD 1 5 17] [DABC 6 9 18] [CDAB 11 14 19] [BCDA 0 20 20]
    [ABCD 5 5 21] [DABC 10 9 22] [CDAB 15 14 23] [BCDA 4 20 24]
    [ABCD 9 5 25] [DABC 14 9 26] [CDAB 3 14 27] [BCDA 8 20 28]
    [ABCD 13 5 29] [DABC 2 9 30] [CDAB 7 14 31] [BCDA 12 20 32]

    /* 第3轮/
    /
    以 [abcd k s i]表示如下操作
    a = b + ((a + H(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). /
    /
    Do the following 16 operations. */
    [ABCD 5 4 33] [DABC 8 11 34] [CDAB 11 16 35] [BCDA 14 23 36]
    [ABCD 1 4 37] [DABC 4 11 38] [CDAB 7 16 39] [BCDA 10 23 40]
    [ABCD 13 4 41] [DABC 0 11 42] [CDAB 3 16 43] [BCDA 6 23 44]
    [ABCD 9 4 45] [DABC 12 11 46] [CDAB 15 16 47] [BCDA 2 23 48]

    /* 第4轮/
    /
    以 [abcd k s i]表示如下操作
    a = b + ((a + I(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). /
    /
    Do the following 16 operations. */
    [ABCD 0 6 49] [DABC 7 10 50] [CDAB 14 15 51] [BCDA 5 21 52]
    [ABCD 12 6 53] [DABC 3 10 54] [CDAB 10 15 55] [BCDA 1 21 56]
    [ABCD 8 6 57] [DABC 15 10 58] [CDAB 6 15 59] [BCDA 13 21 60]
    [ABCD 4 6 61] [DABC 11 10 62] [CDAB 2 15 63] [BCDA 9 21 64]

    /* 然后进行如下操作 */
    A = A + AA
    B = B + BB
    C = C + CC
    D = D + DD

    Next i /* 结束对I的循环*/

    6.输出结果。

    A,B,C,D连续存放,共16个字节,128位。按十六进制依次输出这个16个字节。

    三、算法实现

    @implementation CATSecurity
    
    #pragma mark --
    #pragma mark -- MD5
    
    /**
     *  get data's md5 string
     *
     *  @param data source data
     *
     *  @return md5 string
     */
    +(NSString *)md5StringWithData:(NSData *)data{
        unsigned char result[CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
        CC_MD5(data.bytes, (CC_LONG)data.length, result);
        return [NSString stringWithFormat:
                @"%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x",
                result[0], result[1], result[2], result[3],
                result[4], result[5], result[6], result[7],
                result[8], result[9], result[10], result[11],
                result[12], result[13], result[14], result[15]
                ];
    }
    
    /**
     *  get data's md5 data
     *
     *  @param data source data
     *
     *  @return md5 data
     */
    +(NSData *)md5DataWithData:(NSData *)data{
        unsigned char result[CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
        CC_MD5(data.bytes, (CC_LONG)data.length, result);
        return [NSData dataWithBytes:result length:CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
    }
    
    /**
     *  get string's md5 string
     *
     *  @param str source string
     *
     *  @return md5 string
     */
    +(NSString *)md5StringWithString:(NSString *)str{
        NSData* data = [str dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
        return [self md5StringWithData:data];
    }
    
    @end
    
    

    四、算法优化

    加盐MD5(盐的复杂度决定了增加的破解难度)

    /**
     *  get string's md5 string
     *
     *  @param str source string
     *  @param salt salt string
     *
     *  @return md5 string
     */
    +(NSString *)md5StringWithString:(NSString *)str salt:(NSString *)salt{
        NSString* strTmp = [str stringByAppendingString:salt];
        return [self md5StringWithString:strTmp];
    }
    
    

    二次MD5(容易被找到规律而破解)

    /**
     *  get string's multiple md5 string
     *
     *  @param str source string
     *
     *  @return md5 string
     */
    +(NSString *)md5StringMultipleWithString:(NSString *)str{
        NSString* strTmp = [self md5StringWithString:str];
        strTmp = [self md5StringWithString:strTmp];
        return strTmp;
    }
    

    MD5后乱序(破解难度较大)

    /**
     *  get string's disorder md5 string
     *
     *  @param str source string
     *
     *  @return md5 string
     */
    +(NSString *)md5StringDisorderWithString:(NSString *)str{
        NSString *ss = [self md5StringWithString:str];
        NSString *header = [ss substringToIndex:2];
        NSString *footer = [ss substringFromIndex:2];
        ss = [footer stringByAppendingString:header];
        return ss;
    }
    

    最后附上工程地址

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