Этот алгоритм был разработан в 1991 году профессором Рональдом Л. Ривестом. Алгоритм MD5 часто называют алгоритмом шифрования, но на самом деле это утверждение ошибочно. Главным преимуществом MD5 является то, что зашифрованные данные восстановить нельзя. А что это за алгоритм шифрования, который шифрует данные так, что никто их не сможет узнать? MD5 — это хэш-функция. У многих возник вопрос: что же это такое? Остановимся на этом вопросе.
Что такое Хэш-функция
Предположим, у нас есть некоторый набор данных. Для простоты будем рассматривать натуральные числа от 1 до 106. И пусть есть некоторая функция, в которой один параметр — натуральное число от 1 до 106, а возвращаемое значение — натуральное число от 1 до 1000. Нам не важно, что именно делает эта функция, нам важно то, что она каждому натуральному числу от 1 до 106 ставит в соответствие другое натуральное число от 1 до 1000. Для примера рассмотрим одну из самых простых функций, выполняющих это действие:
int hash(long int x){ if (x%1000==0) return 1000; return (x % 1000); }
function hash(x:longint):longint; begin if (x mod 1000=0) then hash:=1000 else hash:=x mod 1000; end;
Это и есть простая хэш-функция. Если мы знаем параметр функции, то однозначно можем сказать, какой будет результат. А если нам известен результат, то можем ли мы узнать однозначно параметр? Конечно, нет. Для числа 234 параметр может быть 234,1234, 2234,3234… Поэтому однозначно восстановить параметр не получится.
Зачем нужен MD5
Для функции из примера, если известен результат, можно легко найти параметр, для которого будет такой же результат. А вот для функции MD5 это сделать не так-то просто. Т.е. если у нас есть только результат функции MD5, то мы не сможем найти параметр, для которого функция выдаст этот же результат (речь даже не идет про однозначное восстановление параметра). MD5 используют для хранения паролей. Приведу пример, когда хранение паролей в открытом виде опасно. Возьмем сайт “Дистанционное обучение” ( сайт ). На этом сайте проходят городские олимпиады школьников по информатике, ежедневно обучаются сотни школьников и студентов. Во многих школах доступа в Интернет нет, и школьникам необходимо пользоваться услугами сайта либо дома, либо не в своей школе. Поэтому сайт начали устанавливать в самих школах. Т.е. обучение происходит не на самом сайте, а на его копии, установленной в школе. Проблема в том, что вместе с сайтом школа получала пароли всех пользователей (в том числе и администраторов), и этими паролями любой мог воспользоваться для “администрирования” самого сайта. Было два способа решить эту проблему:
1. Перед созданием копии сайта, которая будет перенесена в школу, удалять все пароли. 2. Зашифровать все пароли так, чтобы никто не смог расшифровать их обратно.
Был выбран второй способ. Сейчас пароли хранятся в зашифрованном виде (при помощи MD5). После того, как пользователь введет свой пароль, от пароля вычисляется хэш-функция MD5. Результат сравнивается со значением, хранящимся в базе. Если значения равны, то пароль верен. Еще MD5 можно использовать в качестве контрольной суммы. Предположим, необходимо куда-то скопировать файл. Причем нет никаких гарантий, что файл будет доставлен без повреждений. Перед отправкой можно посчитать MD5 от содержимого файла и передать результат вместе с файлом. Затем посчитать MD5 от принятого файла и сравнить два результата. Если результаты различные, то это означает, что файл или результат был испорчен при передаче. Последнее время MD5 стали использовать интернет-казино. Перед тем, как сделать ставку, игрок получает хэш от результата игры. Когда ставка сделана, игрок получает результат игры (например, выпало число 26). Посчитав от результата хэш-функцию, можно убедиться, что казино сгенерировало это число до того, как игрок сделал ставку. Но не стоит думать, что выиграть в этом казино очень просто. Весь секрет в том что, вероятность выигрыша подобрана таким образом, что игрок почти всегда будет в проигрыше.
Как работает MD5
Теперь посмотрим, как именно работает MD5. Для обработки MD5 получает некоторую строку. Эта строка преобразуется в последовательность из нулей и единиц. Как это делается? У каждого символа есть свой номер. Эти номера можно записать в двоичной системе счисления. Получается, каждый символ можно записать как последовательность нулей и единиц. Если этим воспользоваться, получим из строки последовательность из нулей и единиц. Пусть q будет длина получившейся последовательности (ровно 64 бита, возможно, с незначащими нулями). К получившейся последовательности приписывается 1. В результате длина последовательности увеличивается на 1. Затем к последовательности приписываются нули, пока длина не станет по модулю 512 равна 448 (length mod 512=448). Далее к последовательности дописываются младшие 32 бита числа q, а затем — старшие. Длина последовательности становится кратной 512. Полученную последовательность назовем S. Для подсчета результата используются четыре двойных слова (32 бита). Эти двойные слова инициализируются следующими шестнадцатеричными значениями, где первым следует самый младший байт:
A: 01 23 45 67 B: 89 ab cd ef C: fe dc ba 98 D: 76 54 32 10 Также для подсчета результата используются следующие функции: F(X,Y,Z) = XY v not(X) Z G(X,Y,Z) = XZ v Y not(Z) H(X,Y,Z) = X xor Y xor Z I(X,Y,Z) = Y xor (X v not(Z))
X,Y,Z — это двойные слова. Результаты функций, также двойные слова. Для подсчета используется еще одна функция (назовем ее W). Она хитро обрабатывает данные и возвращает результат (подробно ее описывать не буду, т.к. она выполняет серию простых преобразований). Обработка данных происходит с использованием функций F, G, H, I.
На рисунке схематически изображена функция. Слева — входные данные, справа — выходные.
Все необходимые функции и обозначения рассмотрены. Теперь рассмотрим, как происходит просчет результата: 1. Запоминаем первые 512 бит последовательности S. 2. Удаляем первые 512 бит последовательности S (можно обойтись и без удаления, но тогда на первом шаге надо брать не первые 512, а следующие 512 бит). 3. Вызываем функцию W. Параметры A,B,C,D — это текущие значения соответствующих двойных слов. Параметр T — это запомненные 512 бит. 4. Прибавляем к A A0. 5. B=B+B0. 6. C=C+C0. 7. D=D+D0. 8. Если длина последовательности 0, выходим. 9. Переходим к шагу 1.
После выполнения этого алгоритма A,B,C,D — это результат (его длина будет 128 бит). Часто можно видеть результат MD5 как последовательность из 32 символов 0..f. Это то же самое, только результат записан не в двоичной системе счисления, а в шестнадцатеричной.
Взлом MD5
В Интернете можно найти много программ, которые обещают найти строку, для которой алгоритм MD5 выдаст заданный результат. Эти программы действительно работают. Ранее отмечалось, что восстановить параметр невозможно. Как же работают эти программы? Они перебирают все возможные строки, применяют к ним алгоритм MD5, а затем сравнивают с образцом. Если значения совпали, это означает, что программа нашла необходимую строку. Но у этих программ есть маленький недостаток. Предположим, известно, что программе придется перебрать все слова длиной в 8 символов, состоящих из маленьких и больших латинских букв. Сколько времени это займет? Сколько всего таких слов? На первом месте может стоять любой из 26*2=52 символов. На 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8 — тоже 52. Значит, всего таких слов будет: 52*52*52*52*52*52*52*52=528=53*1012. А если используются не только латинские буквы? То это еще больше. Перебор всех вариантов на обычном персональном компьютере займет очень много времени. В Интернете можно найти сайты, которые по введенному хэшу выдают строку, для которой будет точно такой же хэш. Эти сайты используют базу данных с заранее просчитанными хэшами. Но в базах хранятся не все хэшы, а только самые используемые. Так что советую использовать в качестве пароля абсолютно случайную последовательность символов.
