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| 版本号 | 时间 |
|---|---|
| V1.0 | 2017.08.19 |
前言
在这个信息爆炸的年代，特别是一些敏感的行业，比如金融业和银行卡相关等等，这都对
app的安全机制有更高的需求，很多大公司都有安全 部门，用于检测自己产品的安全性，但是及时是这样，安全问题仍然被不断曝出，接下来几篇我们主要说一下app的安全机制。感兴趣的看我上面几篇。
1. APP安全机制（一）—— 几种和安全性有关的情况
2. APP安全机制（二）—— 使用Reveal查看任意APP的UI
3. APP安全机制（三）—— Base64加密
MD5基本了解
下面很大一部分内容来自百度百科。
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主要特征
MD5主要有一以下特征。
- 压缩性：任意长度的数据，算出的MD5值长度都是固定的。
- 容易计算：从原数据计算出MD5值很容易。
- 抗修改性：对原数据进行任何改动，哪怕只修改1个字节，所得到的MD5值都有很大区别。
- 强抗碰撞：已知原数据和其MD5值，想找到一个具有相同MD5值的数据（即伪造数据）是非常困难的。
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）。除了MD5以外，其中比较有名的还有sha-1、RIPEMD以及Haval等。
MD5应用领域
下面看一下MD5主要应用的方面。
一致性验证
md5典型应用是对一段信息（Message）产生信息摘要（Message-Digest），以防止被篡改。我们常常在某些软件下载站点的某软件信息中看到其MD5值，它的作用就在于我们可以在下载该软件后，对下载回来的文件用专门的软件（如Windows MD5 Check等）做一次MD5校验，以确保我们获得的文件与该站点提供的文件为同一文件。
具体来说文件的MD5值就像是这个文件的“数字指纹”。每个文件的MD5值是不同的，如果任何人对文件做了任何改动，其MD5值也就是对应的“数字指纹”就会发生变化。比如下载服务器针对一个文件预先提供一个MD5值，用户下载完该文件后，用我这个算法重新计算下载文件的MD5值，通过比较这两个值是否相同，就能判断下载的文件是否出错，或者说下载的文件是否被篡改了。
利用MD5算法来进行文件校验的方案被大量应用到软件下载站、论坛数据库、系统文件安全等方面。数字签名
MD5的典型应用是对一段Message(字节串)产生fingerprint(指纹），以防止被“篡改”。举个例子，你将一段话写在一个叫 readme.txt文件中，并对这个readme.txt产生一个MD5的值并记录在案，然后你可以传播这个文件给别人，别人如果修改了文件中的任何内容，你对这个文件重新计算MD5时就会发现（两个MD5值不相同）。如果再有一个第三方的认证机构，用MD5还可以防止文件作者的“抵赖”，这就是所谓的数字签名应用。安全访问认证
MD5还广泛用于操作系统的登陆认证上，如Unix、各类BSD系统登录密码、数字签名等诸多方面。
MD5算法原理
下面我们就看一下MD5的算法原理。
对MD5算法简要的叙述可以为：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。
总体的流程图如下所示，表示第i个分组，每次的运算都由前一轮的128位结果值和第i块512bit值进行运算。
1. 填充
在MD5算法中，首先需要对信息进行填充，使其位长对512求余的结果等于448，并且填充必须进行，即使其位长对512求余的结果等于448。因此，信息的位长（Bits Length）将被扩展至N*512+448，N为一个非负整数，N可以是零。
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。
- 在这个结果后面附加一个以64位二进制表示的填充前信息长度（单位为Bit），如果二进制表示的填充前信息长度超过64位，则取低64位。
- 经过这两步的处理，信息的位长 = N512 + 448 + 64= (N+1）512，即长度恰好是512的整数倍。这样做的原因是为满足后面处理中对信息长度的要求。
2. 初始化变量
初始的128位值为初试链接变量，这些参数用于第一轮的运算，以大端字节序来表示，他们分别为：A = 0x01234567，B = 0x89ABCDEF，C = 0xFEDCBA98，D = 0x76543210。（每一个变量给出的数值是高字节存于内存低地址，低字节存于内存高地址，即大端字节序。在程序中变量A、B、C、D的值分别为0x67452301，0xEFCDAB89，0x98BADCFE，0x10325476）
3. 处理分组数据
每一分组的算法流程如下：
第一分组需要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。从第二分组开始的变量为上一分组的运算结果，即A = a， B = b， C = c， D = 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，文本的一个子分组和一个常数。再将所得结果向左环移一个不定的数，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) )
（&是与（And），|是或（Or），~是非（Not），^是异或（Xor））
这四个函数的说明：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。假设Mj表示消息的第j个子分组（从0到15），常数ti是4294967296*abs( sin(i) ）的整数部分，i 取值从1到64，单位是弧度。（4294967296=232）
现定义：
FF(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti ) 操作为 a = b + ( (a + F(b,c,d) + Mj + ti) << s)
GG(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti )操作为 a = b + ( (a + G(b,c,d) + Mj + ti) << s)
HH(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti)操作为 a = b + ( (a + H(b,c,d) + Mj + ti) << s)
II(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti)操作为 a = b + ( (a + I(b,c,d) + Mj + ti) << s)
注意：“<<”表示循环左移位，不是左移位。
这四轮（共64步）是：
- 第一轮
FF(a ,b ,c ,d ,M0 ,7 ,0xd76aa478 )
FF(d ,a ,b ,c ,M1 ,12 ,0xe8c7b756 )
FF(c ,d ,a ,b ,M2 ,17 ,0x242070db )
FF(b ,c ,d ,a ,M3 ,22 ,0xc1bdceee )
FF(a ,b ,c ,d ,M4 ,7 ,0xf57c0faf )
FF(d ,a ,b ,c ,M5 ,12 ,0x4787c62a )
FF(c ,d ,a ,b ,M6 ,17 ,0xa8304613 )
FF(b ,c ,d ,a ,M7 ,22 ,0xfd469501)
FF(a ,b ,c ,d ,M8 ,7 ,0x698098d8 )
FF(d ,a ,b ,c ,M9 ,12 ,0x8b44f7af )
FF(c ,d ,a ,b ,M10 ,17 ,0xffff5bb1 )
FF(b ,c ,d ,a ,M11 ,22 ,0x895cd7be )
FF(a ,b ,c ,d ,M12 ,7 ,0x6b901122 )
FF(d ,a ,b ,c ,M13 ,12 ,0xfd987193 )
FF(c ,d ,a ,b ,M14 ,17 ,0xa679438e )
FF(b ,c ,d ,a ,M15 ,22 ,0x49b40821 )
- 第二轮
GG(a ,b ,c ,d ,M1 ,5 ,0xf61e2562 )
GG(d ,a ,b ,c ,M6 ,9 ,0xc040b340 )
GG(c ,d ,a ,b ,M11 ,14 ,0x265e5a51 )
GG(b ,c ,d ,a ,M0 ,20 ,0xe9b6c7aa )
GG(a ,b ,c ,d ,M5 ,5 ,0xd62f105d )
GG(d ,a ,b ,c ,M10 ,9 ,0x02441453 )
GG(c ,d ,a ,b ,M15 ,14 ,0xd8a1e681 )
GG(b ,c ,d ,a ,M4 ,20 ,0xe7d3fbc8 )
GG(a ,b ,c ,d ,M9 ,5 ,0x21e1cde6 )
GG(d ,a ,b ,c ,M14 ,9 ,0xc33707d6 )
GG(c ,d ,a ,b ,M3 ,14 ,0xf4d50d87 )
GG(b ,c ,d ,a ,M8 ,20 ,0x455a14ed )
GG(a ,b ,c ,d ,M13 ,5 ,0xa9e3e905 )
GG(d ,a ,b ,c ,M2 ,9 ,0xfcefa3f8 )
GG(c ,d ,a ,b ,M7 ,14 ,0x676f02d9 )
GG(b ,c ,d ,a ,M12 ,20 ,0x8d2a4c8a )
- 第三轮
HH(a ,b ,c ,d ,M5 ,4 ,0xfffa3942 )
HH(d ,a ,b ,c ,M8 ,11 ,0x8771f681 )
HH(c ,d ,a ,b ,M11 ,16 ,0x6d9d6122 )
HH(b ,c ,d ,a ,M14 ,23 ,0xfde5380c )
HH(a ,b ,c ,d ,M1 ,4 ,0xa4beea44 )
HH(d ,a ,b ,c ,M4 ,11 ,0x4bdecfa9 )
HH(c ,d ,a ,b ,M7 ,16 ,0xf6bb4b60 )
HH(b ,c ,d ,a ,M10 ,23 ,0xbebfbc70 )
HH(a ,b ,c ,d ,M13 ,4 ,0x289b7ec6 )
HH(d ,a ,b ,c ,M0 ,11 ,0xeaa127fa )
HH(c ,d ,a ,b ,M3 ,16 ,0xd4ef3085 )
HH(b ,c ,d ,a ,M6 ,23 ,0x04881d05 )
HH(a ,b ,c ,d ,M9 ,4 ,0xd9d4d039 )
HH(d ,a ,b ,c ,M12 ,11 ,0xe6db99e5 )
HH(c ,d ,a ,b ,M15 ,16 ,0x1fa27cf8 )
HH(b ,c ,d ,a ,M2 ,23 ,0xc4ac5665 )
- 第四轮
II(a ,b ,c ,d ,M0 ,6 ,0xf4292244 )
II(d ,a ,b ,c ,M7 ,10 ,0x432aff97 )
II(c ,d ,a ,b ,M14 ,15 ,0xab9423a7 )
II(b ,c ,d ,a ,M5 ,21 ,0xfc93a039 )
II(a ,b ,c ,d ,M12 ,6 ,0x655b59c3 )
II(d ,a ,b ,c ,M3 ,10 ,0x8f0ccc92 )
II(c ,d ,a ,b ,M10 ,15 ,0xffeff47d )
II(b ,c ,d ,a ,M1 ,21 ,0x85845dd1 )
II(a ,b ,c ,d ,M8 ,6 ,0x6fa87e4f )
II(d ,a ,b ,c ,M15 ,10 ,0xfe2ce6e0 )
II(c ,d ,a ,b ,M6 ,15 ,0xa3014314 )
II(b ,c ,d ,a ,M13 ,21 ,0x4e0811a1 )
II(a ,b ,c ,d ,M4 ,6 ,0xf7537e82 )
II(d ,a ,b ,c ,M11 ,10 ,0xbd3af235 )
II(c ,d ,a ,b ,M2 ,15 ,0x2ad7d2bb )
II(b ,c ,d ,a ,M9 ,21 ,0xeb86d391 )
所有这些完成之后，将a、b、c、d分别在原来基础上再加上A、B、C、D。即 a = a + A，b = b + B，c = c + C，d = d + D，然后用下一分组数据继续运行以上算法。
4. 输出
最后的输出是a、b、c和d的级联。当你按照我上面所说的方法实现MD5算法以后，你可以用以下几个信息对你做出来的程序作一个简单的测试，看看程序有没有错误。
MD5 ("") = d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e
MD5 ("a") = 0cc175b9c0f1b6a831c399e269772661
MD5 ("abc") = 900150983cd24fb0d6963f7d28e17f72
MD5 ("message digest") = f96b697d7cb7938d525a2f31aaf161d0
MD5 ("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz") = c3fcd3d76192e4007dfb496cca67e13b
MD5 ("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz") =
f29939a25efabaef3b87e2cbfe641315
MD5 ("8a683566bcc7801226b3d8b0cf35fd97") =cf2cb5c89c5e5eeebef4a76becddfcfd
MD5一个简单实例
下面看一个MD5的实例。
现以字符串“jklmn”为例。
该字符串在内存中表示为：6A 6B 6C 6D 6E（从左到右为低地址到高地址，后同），信息长度为40 bits， 即0x28。
对其填充，填充至448位，即56字节。结果为：
6A 6B 6C 6D 6E 80 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
剩下64位，即8字节填充填充前信息位长，按小端字节序填充剩下的8字节，结果为：
6A 6B 6C 6D 6E 80 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 28 00 00 00 00 00 00 00
（64字节，512 bits）
初始化A、B、C、D四个变量。
将这64字节填充后数据分成16个小组（程序中对应为16个数组），即：
M0：6A 6B 6C 6D （这是内存中的顺序，按照小端字节序原则，对应数组M(0)的值为0x6D6C6B6A，下同）
M1：6E 80 00 00
M2：00 00 00 00
.....
M14：28 00 00 00
M15：00 00 00 00
经过3. 分组数据处理后，a、b、c、d值分别为0xD8523F60、0x837E0144、0x517726CA、0x1BB6E5FE。
在内存中为：
a：60 3F 52 D8
b：44 01 7E 83
c：CA 26 77 51
d：FE E5 B6 1B
a、b、c、d按内存顺序输出即为最终结果：603F52D844017E83CA267751FEE5B61B。这就是字符串“jklmn”的MD5值。
MD5在ios系统中的应用
下面我们就看一下ios中MD5是如何加密的，下面还是直接看代码。
#import "JJMD5VC.h"
#import <CommonCrypto/CommonDigest.h>
@interface JJMD5VC ()
@end
@implementation JJMD5VC
#pragma mark - Override Base Function
- (void)viewDidLoad
{
[super viewDidLoad];
self.view.backgroundColor = [UIColor lightGrayColor];
[self beginMD5ProcessWithString:@"jklmn"];
}
#pragma mark - Object Private Function
- (void)beginMD5ProcessWithString:(NSString *)string
{
//传入参数,转化成char
const char * str = [string UTF8String];
//开辟一个16字节（128位：md5加密出来就是128位/bit）的空间（一个字节=8字位=8个二进制数）
unsigned char md[CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
/*
*extern unsigned char * CC_MD5(const void *data, CC_LONG len, unsigned char *md)官方封装好的加密方法
* 把str字符串转换成了32位的16进制数列（这个过程不可逆转） 存储到了md这个空间中
*
*/
CC_MD5(str, (int)strlen(str), md);
//创建一个可变字符串收集结果
NSMutableString * ret = [NSMutableString stringWithCapacity:CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
for (int i = 0; i < CC_MD5_DIGEST_LENGTH; i++) {
/**
X 表示以十六进制形式输入/输出
02 表示不足两位，前面补0输出；出过两位不影响
printf("%02X", 0x123); //打印出：123
printf("%02X", 0x1); //打印出：01
*/
[ret appendFormat:@"%02X",md[i]];
}
NSLog(@"%@",ret);
}
@end
注意要引入头文件
#import <CommonCrypto/CommonDigest.h>
下面看输出结果
2017-08-19 18:08:25.595 JJOC[9099:303472] 603F52D844017E83CA267751FEE5B61B
可见，实现了加密，输出了加密结果。
MD5是不可逆转和破解的，但是，网上还是有很多暴力破解工具，举一个例子，这里就有个网站。
我们看一下破解结果
对比输出结果，可见是正确的，这里暴力破解并不是算法上的破解，而是将很多组合的MD5存储，到时候直接查询和尝试获得的结果。
这里还要注意：
- 一定要和后台开发人员约定好，MD5加密的位数是16位还是32位(大多数都是32位的)，16位的可以通过32位的转换得到。
- MD5加密区分 大小写，使用时要和后台约定好。
参考文章
1. iOS MD5加密
2. iOS开发 关于MD5加密的相关使用
后记
未完，待续~~~
