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前言

在這個信息爆炸的年代，特別是一些敏感的行業(yè)，比如金融業(yè)和銀行卡相關(guān)等等，這都對app的安全機制有更高的需求，很多大公司都有安全 部門，用于檢測自己產(chǎn)品的安全性，但是及時是這樣，安全問題仍然被不斷曝出，接下來幾篇我們主要說一下app的安全機制。感興趣的看我上面幾篇。
1. APP安全機制（一）—— 幾種和安全性有關(guān)的情況
2. APP安全機制（二）—— 使用Reveal查看任意APP的UI
3. APP安全機制（三）—— Base64加密

MD5基本了解

下面很大一部分內(nèi)容來自百度百科。

MD5即Message - Digest Algorithm 5（信息-摘要算法5），用于確保信息傳輸完整一致。是計算機廣泛使用的雜湊算法之一（又譯摘要算法、哈希算法），主流編程語言普遍已有MD5實現(xiàn)。將數(shù)據(jù)（如漢字）運算為另一固定長度值，是雜湊算法的基礎(chǔ)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。

• 壓縮性：任意長度的數(shù)據(jù)，算出的MD5值長度都是固定的。
• 容易計算：從原數(shù)據(jù)計算出MD5值很容易。
• 抗修改性：對原數(shù)據(jù)進(jìn)行任何改動，哪怕只修改1個字節(jié)，所得到的MD5值都有很大區(qū)別。
• 強抗碰撞：已知原數(shù)據(jù)和其MD5值，想找到一個具有相同MD5值的數(shù)據(jù)（即偽造數(shù)據(jù)）是非常困難的。

MD5的作用是讓大容量信息在用數(shù)字簽名軟件簽署私人密鑰前被"壓縮"成一種保密的格式（就是把一個任意長度的字節(jié)串變換成一定長的十六進(jìn)制數(shù)字串）。除了MD5以外，其中比較有名的還有sha-1、RIPEMD以及Haval等。

MD5應(yīng)用領(lǐng)域

下面看一下MD5主要應(yīng)用的方面。

• 一致性驗證
  md5典型應(yīng)用是對一段信息（Message）產(chǎn)生信息摘要（Message-Digest），以防止被篡改。我們常常在某些軟件下載站點的某軟件信息中看到其MD5值，它的作用就在于我們可以在下載該軟件后，對下載回來的文件用專門的軟件（如Windows MD5 Check等）做一次MD5校驗，以確保我們獲得的文件與該站點提供的文件為同一文件。
  具體來說文件的MD5值就像是這個文件的“數(shù)字指紋”。每個文件的MD5值是不同的，如果任何人對文件做了任何改動，其MD5值也就是對應(yīng)的“數(shù)字指紋”就會發(fā)生變化。比如下載服務(wù)器針對一個文件預(yù)先提供一個MD5值，用戶下載完該文件后，用我這個算法重新計算下載文件的MD5值，通過比較這兩個值是否相同，就能判斷下載的文件是否出錯，或者說下載的文件是否被篡改了。
  利用MD5算法來進(jìn)行文件校驗的方案被大量應(yīng)用到軟件下載站、論壇數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)文件安全等方面。

• 數(shù)字簽名
  MD5的典型應(yīng)用是對一段Message(字節(jié)串)產(chǎn)生fingerprint(指紋），以防止被“篡改”。舉個例子，你將一段話寫在一個叫 readme.txt文件中，并對這個readme.txt產(chǎn)生一個MD5的值并記錄在案，然后你可以傳播這個文件給別人，別人如果修改了文件中的任何內(nèi)容，你對這個文件重新計算MD5時就會發(fā)現(xiàn)（兩個MD5值不相同）。如果再有一個第三方的認(rèn)證機構(gòu)，用MD5還可以防止文件作者的“抵賴”，這就是所謂的數(shù)字簽名應(yīng)用。

• 安全訪問認(rèn)證
  MD5還廣泛用于操作系統(tǒng)的登陸認(rèn)證上，如Unix、各類BSD系統(tǒng)登錄密碼、數(shù)字簽名等諸多方面。

MD5算法原理

下面我們就看一下MD5的算法原理。

對MD5算法簡要的敘述可以為：MD5以512位分組來處理輸入的信息，且每一分組又被劃分為16個32位子分組，經(jīng)過了一系列的處理后，算法的輸出由四個32位分組組成，將這四個32位分組級聯(lián)后將生成一個128位散列值。

總體的流程圖如下所示，表示第i個分組，每次的運算都由前一輪的128位結(jié)果值和第i塊512bit值進(jìn)行運算。

流程圖

1. 填充

在MD5算法中，首先需要對信息進(jìn)行填充，使其位長對512求余的結(jié)果等于448，并且填充必須進(jìn)行，即使其位長對512求余的結(jié)果等于448。因此，信息的位長（Bits Length）將被擴展至N*512+448，N為一個非負(fù)整數(shù)，N可以是零。

填充的方法如下：

• 在信息的后面填充一個1和無數(shù)個0，直到滿足上面的條件時才停止用0對信息的填充。
• 在這個結(jié)果后面附加一個以64位二進(jìn)制表示的填充前信息長度（單位為Bit），如果二進(jìn)制表示的填充前信息長度超過64位，則取低64位。
• 經(jīng)過這兩步的處理，信息的位長 = N512 + 448 + 64= (N+1）512，即長度恰好是512的整數(shù)倍。這樣做的原因是為滿足后面處理中對信息長度的要求。

2. 初始化變量

初始的128位值為初試鏈接變量，這些參數(shù)用于第一輪的運算，以大端字節(jié)序來表示，他們分別為：A = 0x01234567，B = 0x89ABCDEF，C = 0xFEDCBA98，D = 0x76543210。（每一個變量給出的數(shù)值是高字節(jié)存于內(nèi)存低地址，低字節(jié)存于內(nèi)存高地址，即大端字節(jié)序。在程序中變量A、B、C、D的值分別為0x67452301，0xEFCDAB89，0x98BADCFE，0x10325476）

3. 處理分組數(shù)據(jù)

每一分組的算法流程如下：

第一分組需要將上面四個鏈接變量復(fù)制到另外四個變量中：A到a，B到b，C到c，D到d。從第二分組開始的變量為上一分組的運算結(jié)果，即A = a， B = b， C = c， D = d。主循環(huán)有四輪（MD4只有三輪），每輪循環(huán)都很相似。第一輪進(jìn)行16次操作。每次操作對a、b、c和d中的其中三個作一次非線性函數(shù)運算，然后將所得結(jié)果加上第四個變量，文本的一個子分組和一個常數(shù)。再將所得結(jié)果向左環(huán)移一個不定的數(shù)，并加上a、b、c或d中之一。最后用該結(jié)果取代a、b、c或d中之一。

以下是每次操作中用到的四個非線性函數(shù)（每輪一個）。
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) )

（&是與（And），|是或（Or），~是非（Not），^是異或（Xor））
這四個函數(shù)的說明：如果X、Y和Z的對應(yīng)位是獨立和均勻的，那么結(jié)果的每一位也應(yīng)是獨立和均勻的。

F是一個逐位運算的函數(shù)。即，如果X，那么Y，否則Z。函數(shù)H是逐位奇偶操作符。假設(shè)Mj表示消息的第j個子分組（從0到15），常數(shù)ti是4294967296*abs( sin(i) ）的整數(shù)部分，i 取值從1到64，單位是弧度。（4294967296=232）

現(xiàn)定義：
FF(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti ) 操作為 a = b + ( (a + F(b,c,d) + Mj + ti) << s)
GG(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti )操作為 a = b + ( (a + G(b,c,d) + Mj + ti) << s)
HH(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti)操作為 a = b + ( (a + H(b,c,d) + Mj + ti) << s)
II(a ,b ,c ,d ,Mj ,s ,ti)操作為 a = b + ( (a + I(b,c,d) + Mj + ti) << s)
注意：“<<”表示循環(huán)左移位，不是左移位。

這四輪（共64步）是：

• 第一輪

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 )

• 第二輪

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 )

• 第三輪

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 )

• 第四輪

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 )

所有這些完成之后，將a、b、c、d分別在原來基礎(chǔ)上再加上A、B、C、D。即 a = a + A，b = b + B，c = c + C，d = d + D，然后用下一分組數(shù)據(jù)繼續(xù)運行以上算法。

4. 輸出

最后的輸出是a、b、c和d的級聯(lián)。當(dāng)你按照我上面所說的方法實現(xiàn)MD5算法以后，你可以用以下幾個信息對你做出來的程序作一個簡單的測試，看看程序有沒有錯誤。

MD5 ("") = d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e
MD5 ("a") = 0cc175b9c0f1b6a831c399e269772661
MD5 ("abc") = 900150983cd24fb0d6963f7d28e17f72
MD5 ("message digest") = f96b697d7cb7938d525a2f31aaf161d0
MD5 ("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz") = c3fcd3d76192e4007dfb496cca67e13b
MD5 ("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz") =
f29939a25efabaef3b87e2cbfe641315
MD5 ("8a683566bcc7801226b3d8b0cf35fd97") =cf2cb5c89c5e5eeebef4a76becddfcfd

MD5一個簡單實例

下面看一個MD5的實例。

現(xiàn)以字符串“jklmn”為例。

該字符串在內(nèi)存中表示為：6A 6B 6C 6D 6E（從左到右為低地址到高地址，后同），信息長度為40 bits， 即0x28。
對其填充，填充至448位，即56字節(jié)。結(jié)果為：

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字節(jié)填充填充前信息位長，按小端字節(jié)序填充剩下的8字節(jié)，結(jié)果為：

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字節(jié)，512 bits）

初始化A、B、C、D四個變量。
將這64字節(jié)填充后數(shù)據(jù)分成16個小組（程序中對應(yīng)為16個數(shù)組），即：

M0：6A 6B 6C 6D （這是內(nèi)存中的順序，按照小端字節(jié)序原則，對應(yīng)數(shù)組M(0)的值為0x6D6C6B6A，下同）
M1：6E 80 00 00
M2：00 00 00 00
.....
M14：28 00 00 00
M15：00 00 00 00

經(jīng)過3. 分組數(shù)據(jù)處理后，a、b、c、d值分別為0xD8523F60、0x837E0144、0x517726CA、0x1BB6E5FE。
在內(nèi)存中為：

a：60 3F 52 D8
b：44 01 7E 83
c：CA 26 77 51
d：FE E5 B6 1B

a、b、c、d按內(nèi)存順序輸出即為最終結(jié)果：603F52D844017E83CA267751FEE5B61B。這就是字符串“jklmn”的MD5值。

MD5在ios系統(tǒng)中的應(yīng)用

下面我們就看一下ios中MD5是如何加密的，下面還是直接看代碼。

#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
{
    //傳入?yún)?shù),轉(zhuǎn)化成char
    const char * str = [string UTF8String];
    
    //開辟一個16字節(jié)（128位：md5加密出來就是128位/bit）的空間（一個字節(jié)=8字位=8個二進(jìn)制數(shù)）
    unsigned char md[CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
    
     /*
       *extern unsigned char * CC_MD5(const void *data, CC_LONG len, unsigned char *md)官方封裝好的加密方法
      *      把str字符串轉(zhuǎn)換成了32位的16進(jìn)制數(shù)列（這個過程不可逆轉(zhuǎn)） 存儲到了md這個空間中
      *
      */
     CC_MD5(str, (int)strlen(str), md);
    
     //創(chuàng)建一個可變字符串收集結(jié)果
    NSMutableString * ret = [NSMutableString stringWithCapacity:CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
    for (int i = 0; i < CC_MD5_DIGEST_LENGTH; i++) {
        
         /**
          X 表示以十六進(jìn)制形式輸入/輸出
          02 表示不足兩位，前面補0輸出；出過兩位不影響
          printf("%02X", 0x123); //打印出：123
          printf("%02X", 0x1); //打印出：01
          
          */
        [ret appendFormat:@"%02X",md[i]];
     }
    
    NSLog(@"%@",ret);
}

@end

注意要引入頭文件

#import <CommonCrypto/CommonDigest.h>

下面看輸出結(jié)果

2017-08-19 18:08:25.595 JJOC[9099:303472] 603F52D844017E83CA267751FEE5B61B

可見，實現(xiàn)了加密，輸出了加密結(jié)果。

MD5是不可逆轉(zhuǎn)和破解的，但是，網(wǎng)上還是有很多暴力破解工具，舉一個例子，這里就有個網(wǎng)站。

我們看一下破解結(jié)果

破解結(jié)果

對比輸出結(jié)果，可見是正確的，這里暴力破解并不是算法上的破解，而是將很多組合的MD5存儲，到時候直接查詢和嘗試獲得的結(jié)果。

這里還要注意：

• 一定要和后臺開發(fā)人員約定好，MD5加密的位數(shù)是16位還是32位(大多數(shù)都是32位的)，16位的可以通過32位的轉(zhuǎn)換得到。
• MD5加密區(qū)分 大小寫，使用時要和后臺約定好。

參考文章

1. iOS MD5加密
2. iOS開發(fā) 關(guān)于MD5加密的相關(guān)使用

后記

未完，待續(xù)~~~