giải thuật md5 - message digest

Giải thuật MD5-Message Digest
Giáo viên hướng dẫn : Thầy Trần Ngọc Thái

Nhóm SV thực hiện : Nguyễn Khánh Tùng
Nguyễn Ngọc Hiệu
Lớp : CT702

Giải thuật MD5-Message Digest
1.Giới thiệu
2.Thuật ngữ và kí pháp
3.Mô tả thuật toán
4.Tóm lược
5.Sự khác nhau giữa MD4 và MD5

Giải thuật MD5-Message Digest
1.Giới thiệu
Giải thuật có đầu vào là 1 thông điệp(dạng chữ kí) có độ dài
tùy ý nào đó,qua quá trình xử lí và phân tích sẽ cho kết quả
đầu ra là một dạng để nhận biết (tương tự như dấu điểm
chỉ) dài 128bit hoặc thông điệp tóm lược.
Giải thuật MD5 ứng dụng trên chữ kí số,nơi mà 1 file lớn
hầu hết phải được đảm bảo an toàn dữ liệu cùng các
phương tiện như khóa bí mật và công khai,ví dụ như hệ mã
RSA.
Giải thuật MD5 được thiết kế để chạy khá hiệu quả trên
những hệ thống 32bit.Thêm vào đó giải thuật MD5 được
thể hiện khá ngắn gọn

Giải thuật MD5-Message Digest
Được phát triển từ giải thuật chữ kí số MD4,MD5 có các bước

nhỏ gọn hơn MD4 nhưng khó thay đổi hơn trong quá trình
thiết kế.
Được đánh giá là sử dụng nhanh chóng hơn MD4
Đảm bảo tốc độ cũng như tính bảo mật
Được công nhận là giải thuật đạt chuẩn.
Dựa trên nền tảng của công nghệ OSI ,đối tượng của MD5
được định nghĩa
md5 OBJECT IDENTIFIER::
iso(1) member-body(2) US(840) rsadsi(113549)
digestAlgorithm(2) 5}
các tham số của MD5 cần phải có kiểu NULL

Giải thuật MD5-Message Digest
2.Thuật ngữ và kí pháp
Trong tài liệu này,1 từ có độ dài 32bit và 1 byte có độ dài 8
bit.Sự sắp xếp tuần tự của các bit có thể là trình tự sắp xếp
tự nhiên của 1 byte ,nơi mà mỗi nhóm liên tiếp nhau của 8 bit
liên tục sẽ biểu diễn 1 byte và những byte đầu tiên trong
danh sách các byte đó là những byte quan trọng (diễn tả
thuộc tính của từ).Tương tự như vậy,thứ tự sắp xếp của byte
là thứ tự của 32 bit từ.Như vậy mỗi nhóm 4 byte liên tiếp sẽ
cho ta 1 từ cùng với đặc điểm ít đặc trưng nhất của nó.

Giải thuật MD5-Message Digest
Kí kiệu của kí tự “+” có nghĩa là cộng từ (i.e.,modulo-2^32
addition).
Kí hiệu X<<<S là phép dịch bit,X bị dịch về phía bên trái S bit
Not(X) là giá trị phần bù của X
X v Y là phép OR giữa X và Y
X xor Y là phép XOR giữa X và Y

XY là phép AND giữa X và Y
Kí hiệu X_i nghĩa là X chia i (X/i),nếu kết quả là biểu thức chúng
ta sẽ tăng giá trị của i trong biểu thức ,tức là X_{i+1}.
Tương tự như vậy chúng ta sử dụng kí tự “^” cho sự mũ hóa.Như
vậy X^i có nghĩa là X được nhân gấp i lần

Giải thuật MD5-Message Digest
3.Mô tả giải thuật MD5
Chúng ta bắt đầu từ giả sử rằng có 1 thông điệp (chữ kí) có độ
dài b bit cho đầu vào.Giả sử tìm thấy thông điệp đã qua xử lí,ở
đây b là 1 số nguyên kiểu Interger.b có thể nhận giá trị 0,không
nhất thiết là số nguyên lần của 8(bội của 8) nên ta có thể chọn tùy
ý.
Chúng ta hình dung chữ kí (thông điệp ) được biểu thị như sau:
m_0m_1…m_{b-1}
Sau đây là 5 bước kí hóa thông điệp

Giải thuật MD5-Message Digest
3.1.Bước 1:Thêm những bit đệm:
Thông điệp là “đệm” để độ dài của nó đồng dạng tới 448,theo
modulo 512.Theo đó,thông điệp là mở rộng để nó tránh không là
64 bit,mà là biểu thị của 512 bit dài.Việc đệm luôn được thực hiện
mặc dù độ dài của thông điệp đã phù hợp tới 448 theo modulo
512.
Việc đệm được thực hiện như sau:
Từng bit “1” được nối vào thông điệp và sau đó “0” được nối
vào sao cho độ dài bên trong thông điệp đệm phù hợp tới 448 theo
modulo 512.Trong tất cả,ít nhất 1 bit trong đa số 512 bit nối vào
bị treo.

Giải thuật MD5-Message Digest
3.2.Bước 2:Nối độ dài
Biểu diễn 64 bit của b (độ dài của thông điệp trước khi thêm
những mẩu đệm) được nối vào kết quả của bước trước.Trong khi
b>2^64,chỉ 64 bit thấp của b được sử dụng.(Những mẩu này được
nối vào như hai từ 32 bit và nối vào những từ thứ tự thấp trước
tiên
như trong thỏa thuận với những qui định trước).
Tại thời điểm này,kết quả thông điệp (sau khi nối các mẩu với b)
có 1 độ dài chính xác 512 bit.Tương đương,thông điệp này có độ
dài chính xác của 16 từ 32 bit.

Giải thuật MD5-Message Digest
3.3.Bước 3:Khởi tạo bộ đệm MD
Một bộ đệm 4 từ A,B,C,D được sử dụng để tính toán thông
điệp tóm lược.Ở đây từng từ A,B,C,D lần lượt là một bản
đăng kí 32 bit.Những bản đăng kí này được khởi tạo với
những giá trị trong hệ 16,những byte thấp trước tiên.
word A:01 23 45 67
word B:89 ab cd ef
word C:fe dc ba 98
word D:76 54 32 10

Giải thuật MD5-Message Digest
3.4.Bước 4:Xử lí thông điệp trong khối 16 từ
Trước hết chúng ta định nghĩa 4 hàm phụ mà từng hàm nhập vào
3 từ 32 bit và đưa ra ở đầu ra 1 từ 32 bit
F(X,Y,Z) = XY v not(X)Z
G(X,Y,Z) = XZ v Ynot(Z)
H(X,Y,Z) = X xor Y xor Z

I(X,Y,Z) = Y xor (X v not(Z))
Trong mỗi mẩu xác định những hoạt động của F có điều kiện:
If X then Y else Z
Hàm F cho phép sử dụng “+” thay cho “v” từ XY và not(X)Z
,không bao giờ cùng có trong 1 vị trí bit.Nó chú ý đến những điều
đó nếu những bit của X,Y và Z là độc lập và ngang hàng,mỗi bit
của F(X,Y,Z) là độc lập và ngang hàng.

Giải thuật MD5-Message Digest
Các hàm G,H,I tương tự như hàm F.Trong đó chúng hành
động song song phân theo bit để đưa ra đầu ra từ những bit
của X,Y và Z.Trong một trạng thái như vậy nếu các bit của
X,Y,Z là độc lập và ngang hàng thì mỗi bit của
G(X,Y,Z),H(X,Y,Z),I(X,Y,Z) cũng sẽ độc lập và ngang hàng.
Bước này sử dụng 1 bảng 64 yếu tố T[1…64] được xây dựng từ
hàm sin.Yếu tố T[i] của bảng được biểu thị bằng phần nguyên
của 4294967296*abs(sin(i)),với i là số radians bất kì.

Giải thuật MD5-Message Digest
//Xử lí mỗi khối 16 từ
for i =0 to n/16-1 do
for j = 0 to 15 do
Set X[j] to M[i*16+j].
End//
/* Save A as AA, B as BB, C as CC, and D as DD. */
AA = A
BB = B
CC = C
DD = D

Giải thuật MD5-Message Digest
/* Round 1. */
//để [abcd k s i] hiển thị thao tác a = b + ((a + F(b,c,d) + X[k] + T[i])
<<< s).
//Làm 16 thao tác như sau:
[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]

Giải thuật MD5-Message Digest
/* Round 2
để [abcd k s i] hiển thị thao tác
a = b + ((a + G(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). */
/* làm 16 thao tác như sau */
[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]

Giải thuật MD5-Message Digest
/* Round 3. */
/* để[abcd k s t] hiển thị thao tác
a = b + ((a + H(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). */

/* làm 16 thao tác như sau */
[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]

Giải thuật MD5-Message Digest
/* Round 4. */
/*Để [abcd k s t] hiển thị thao tác
a = b + ((a + I(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). */
/* làm 16 thao tác như sau. */
[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]

Giải thuật MD5-Message Digest
/*rồi thực hiện thêm vào như sau(tăng dần mỗi bản đăng kí
bởi giá trị của nó trước khi khối này được khởi động)*/
A = A + AA
B = B + BB
C = C + CC
D = D + DD
End; /*lặp trong i*/

Giải thuật MD5-Message Digest
3.5.Bước 5: Đầu ra
Thông điệp tóm lược đưa ra đầu ra là A,B,C,D.Với

nó,chúng ta bắt đầu với byte thấp của A và kết thúc với
byte cao của D
Điều này hoàn thành sự mô tả MD5.

Giải thuật MD5-Message Digest
4.Tóm lược
Giải thuật thông điệp tóm lược thực hiện đơn giản và
cung cấp 1 đặc điểm nhận dạng hoặc thông điệp tóm lược
của 1 thông điệp có độ dài tùy ý.Nó dự đoán được những
khó khăn khi tiếp xúc với 2 thông điệp có cùng nội dung
tóm lược là những hoạt động trong bậc của 2^64,và khó
khăn của việc đi đến một vài thông điệp tóm lược bất kì
cho trước hoạt động trong bậc của 2^128.

Giải thuật MD5-Message Digest
5.Sự khác nhau giữa MD4 và MD5
+ Một vòng tròn thứ tư đã được thêm vào
+Mỗi bước bây giờ có 1 hằng số cộng duy nhất
+ Hàm G trong vòng 2 đã được thay đổi từ (XY v XZ v
YZ) sang (XZ v Ynot(Z)) để làm G ít đối xứng hơn
+Mỗi bước bây giờ thêm kết quả của bước kề trước
+Các từ nhập vào theo thứ tự nào đó được truy nhập trong
các vòng 2 và 3 đựợc thay đổi để làm cho những mẫu này ít
ảnh hưởng lẫn nhau.