『网络安全』RSA与MD5的C实现实验报告

——独立观察员 2014.05.05

一、RSA的C实现

1. RSA说明

RSA公钥加密算法是1977年由Ron Rivest、Adi Shamirh和LenAdleman在（美国麻省理工学院）开发的。RSA取名来自开发他们三者的名字。

RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大素数相乘十分容易，但那时想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。

 

2. RSA算法实现

RSA算法是一种非对称密码算法，所谓非对称，就是指该算法需要一对密钥，使用其中一个加密，则需要用另一个才能解密。

RSA的算法涉及三个参数，n、e1、e2。其中，n是两个大质数p、q的积，n用二进制表示时所占用的位数，就是所谓的密钥长度。e1和e2是一对相关的值，e1可以任意取，但要求e1与(p-1）*(q-1）互质；再选择e2，要求（e2*e1）mod((p-1）*(q-1））=1。

（n，e1）,(n，e2）就是密钥对，其中 (n，e1）为公钥，(n，e2）为私钥。

RSA加解密的算法完全相同，设A为明文，B为密文，则：A=B^e1 mod n；B=A^e2 mod n；e1和e2可以互换使用，即：A=B^e2 mod n；B=A^e1 mod n;

 

3. C语言代码

 

/********************************************************************************************
*   Copyright(c) tcpipstack
*   File Name               :   RSA.c
*   Abstract Description    :   RSA加解密算法的简单演示
*   Create Date             :   2010/08/17
*   Author                  :   tcpipstack
*-------------------------Revision History--------------------------------------------------
*   No  Version     Date        Revised By          Item            Description
*   1     1.0       10/08/17
*   2     1.1       14/04/28    独立观察员DLGCY     定义G、输出改进、添加/修改一些注释
********************************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <math.h>

/* RSA算法中加密方公布的密钥是N和E，解密方使用N和D解密 */
#define P   5   /* P和Q必须为素数，在实际运用中通常为很大的数 */
#define Q   7

#define N   (P*Q)   /* add the (), or will cause the mistake */
#define Z   ((P - 1)*(Q - 1))

#define E   5       /* 加密方选择E，E必须和Z只有一个公约数，即E与Z互质 */
#define D   5       /* (E * D - 1)必须能够被Z整除 */  /* 由于long int无法表示过大的数字，所以D取5 */

#define G   4

void main(void)
{
    int i;
    int TrsMsg[G] = {12, 15, 22, 5};  //存放需要加密的数据；
    long en[G], de[G]; //en数组和de数组分别存放使用密钥对(n,e)和(n,d)运算后的结果；
    int SecrCode[G], DeMsg[G];

    printf("下面是一个RSA加解密算法的简单演示:\n\n");
    printf("报文\t加密中间结果\t加密后密文\n");

    for (i=0; i<G; i++)
    {
        /* s = m^E mod N */
        en[i] = (int)pow(TrsMsg[i], E);
        SecrCode[i] = en[i] % N;

        printf("%d\t%d\t\t%d\n", TrsMsg[i], en[i], SecrCode[i]);
    }

    printf("\n原始报文\t密文\t解密中间结果\t解密报文\n");
    for (i=0; i<G; i++)
    {
        /* d = s^D mod N */
        de[i] = (int)pow(SecrCode[i], D);
        DeMsg[i] = de[i] % N;

        printf("%d\t\t%d\t%d\t\t%d\n", TrsMsg[i], SecrCode[i], de[i], DeMsg[i]);
    }
}

 

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4．运行截图

 

 

二、MD5的C实现

1．MD5简要说明

MD5（单向散列算法）的全称是Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法），经MD2、MD3和MD4发展而来。MD5算法的使用不需要支付任何版权费用。

 

MD5特点：

输入任意长度的信息，经过处理，输出为128位的信息（数字指纹）；

不同的输入得到的不同的结果（唯一性）；

根据128位的输出结果不可能反推出输入的信息（不可逆）；

 

2．MD5算法描述

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。

 

（1）填充：

如果输入信息的长度(bit)对512求余的结果不等于448，就需要填充使得对512求余的结果等于448。填充的方法是填充一个1和n个0。填充完后，信息的长度就为N*512+448(bit)；

 

（2）记录信息长度：

用64位来存储填充前信息长度。这64位加在第一步结果的后面，这样信息长度就变为N*512+448+64=(N+1)*512位。

 

（3）装入标准的幻数（四个整数）：

标准的幻数（物理顺序）是（A=(01234567)16，B=(89ABCDEF)16，C=(FEDCBA98)16，D=(76543210)16）。如果在程序中定义应该是（A=0X67452301L，B=0XEFCDAB89L，C=0X98BADCFEL，D=0X10325476L）。

 

（4）四轮循环运算：

循环的次数是分组的个数（N+1）

 

1）将每一512字节细分成16个小组，每个小组64位（8个字节）

 

2）先认识四个线性函数(&是与,|是或,~是非,^是异或)

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))

 

3）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)

 

4）四轮运算

 

5）每轮循环后，将A，B，C，D分别加上a，b，c，d，然后进入下一循环。

 

3．MD5的C语言实现

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（1）MD5_Test.cpp

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "md5.c"

int main(int argc, char *argv[])
{
	MD5_CTX md5;
	MD5Init(&md5);         
	int i;
	//unsigned char encrypt[] ="admin";//21232f297a57a5a743894a0e4a801fc3
	unsigned char encrypt[] ="dlgcy"; //5bee4a2a4ed35cc155ddad5d228bc08a （32小）
	unsigned char decrypt[16];    
	MD5Update(&md5,encrypt,strlen((char *)encrypt));
	MD5Final(&md5,decrypt);        
	printf("加密前:%s\n加密后:",encrypt);
	for(i=0;i<16;i++)
	{
		printf("%02x",decrypt[i]);
	}
	getchar();

	return 0;
}

 

（2）md5.c

#include <memory.h>
#include "md5.h"

unsigned char PADDING[]={0x80,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};

void MD5Init(MD5_CTX *context)
{
	context->count[0] = 0;
	context->count[1] = 0;
	context->state[0] = 0x67452301;
	context->state[1] = 0xEFCDAB89;
	context->state[2] = 0x98BADCFE;
	context->state[3] = 0x10325476;
}
void MD5Update(MD5_CTX *context,unsigned char *input,unsigned int inputlen)
{
	unsigned int i = 0,index = 0,partlen = 0;
	index = (context->count[0] >> 3) & 0x3F;
	partlen = 64 - index;
	context->count[0] += inputlen << 3;
	if(context->count[0] < (inputlen << 3))
		context->count[1]++;
	context->count[1] += inputlen >> 29;

	if(inputlen >= partlen)
	{
		memcpy(&context->buffer[index],input,partlen);
		MD5Transform(context->state,context->buffer);
		for(i = partlen;i+64 <= inputlen;i+=64)
			MD5Transform(context->state,&input[i]);
		index = 0;
	}
	else
	{
		i = 0;
	}
	memcpy(&context->buffer[index],&input[i],inputlen-i);
}
void MD5Final(MD5_CTX *context,unsigned char digest[16])
{
	unsigned int index = 0,padlen = 0;
	unsigned char bits[8];
	index = (context->count[0] >> 3) & 0x3F;
	padlen = (index < 56)?(56-index):(120-index);
	MD5Encode(bits,context->count,8);
	MD5Update(context,PADDING,padlen);
	MD5Update(context,bits,8);
	MD5Encode(digest,context->state,16);
}
void MD5Encode(unsigned char *output,unsigned int *input,unsigned int len)
{
	unsigned int i = 0,j = 0;
	while(j < len)
	{
		output[j] = input[i] & 0xFF;
		output[j+1] = (input[i] >> 8) & 0xFF;
		output[j+2] = (input[i] >> 16) & 0xFF;
		output[j+3] = (input[i] >> 24) & 0xFF;
		i++;
		j+=4;
	}
}
void MD5Decode(unsigned int *output,unsigned char *input,unsigned int len)
{
	unsigned int i = 0,j = 0;
	while(j < len)
	{
		output[i] = (input[j]) |
			(input[j+1] << 8) |
			(input[j+2] << 16) |
			(input[j+3] << 24);
		i++;
		j+=4;
	}
}
void MD5Transform(unsigned int state[4],unsigned char block[64])
{
	unsigned int a = state[0];
	unsigned int b = state[1];
	unsigned int c = state[2];
	unsigned int d = state[3];
	unsigned int x[64];
	MD5Decode(x,block,64);
	FF(a, b, c, d, x[ 0], 7, 0xd76aa478); /* 1 */
	FF(d, a, b, c, x[ 1], 12, 0xe8c7b756); /* 2 */
	FF(c, d, a, b, x[ 2], 17, 0x242070db); /* 3 */
	FF(b, c, d, a, x[ 3], 22, 0xc1bdceee); /* 4 */
	FF(a, b, c, d, x[ 4], 7, 0xf57c0faf); /* 5 */
	FF(d, a, b, c, x[ 5], 12, 0x4787c62a); /* 6 */
	FF(c, d, a, b, x[ 6], 17, 0xa8304613); /* 7 */
	FF(b, c, d, a, x[ 7], 22, 0xfd469501); /* 8 */
	FF(a, b, c, d, x[ 8], 7, 0x698098d8); /* 9 */
	FF(d, a, b, c, x[ 9], 12, 0x8b44f7af); /* 10 */
	FF(c, d, a, b, x[10], 17, 0xffff5bb1); /* 11 */
	FF(b, c, d, a, x[11], 22, 0x895cd7be); /* 12 */
	FF(a, b, c, d, x[12], 7, 0x6b901122); /* 13 */
	FF(d, a, b, c, x[13], 12, 0xfd987193); /* 14 */
	FF(c, d, a, b, x[14], 17, 0xa679438e); /* 15 */
	FF(b, c, d, a, x[15], 22, 0x49b40821); /* 16 */

	/* Round 2 */
	GG(a, b, c, d, x[ 1], 5, 0xf61e2562); /* 17 */
	GG(d, a, b, c, x[ 6], 9, 0xc040b340); /* 18 */
	GG(c, d, a, b, x[11], 14, 0x265e5a51); /* 19 */
	GG(b, c, d, a, x[ 0], 20, 0xe9b6c7aa); /* 20 */
	GG(a, b, c, d, x[ 5], 5, 0xd62f105d); /* 21 */
	GG(d, a, b, c, x[10], 9,  0x2441453); /* 22 */
	GG(c, d, a, b, x[15], 14, 0xd8a1e681); /* 23 */
	GG(b, c, d, a, x[ 4], 20, 0xe7d3fbc8); /* 24 */
	GG(a, b, c, d, x[ 9], 5, 0x21e1cde6); /* 25 */
	GG(d, a, b, c, x[14], 9, 0xc33707d6); /* 26 */
	GG(c, d, a, b, x[ 3], 14, 0xf4d50d87); /* 27 */
	GG(b, c, d, a, x[ 8], 20, 0x455a14ed); /* 28 */
	GG(a, b, c, d, x[13], 5, 0xa9e3e905); /* 29 */
	GG(d, a, b, c, x[ 2], 9, 0xfcefa3f8); /* 30 */
	GG(c, d, a, b, x[ 7], 14, 0x676f02d9); /* 31 */
	GG(b, c, d, a, x[12], 20, 0x8d2a4c8a); /* 32 */

	/* Round 3 */
	HH(a, b, c, d, x[ 5], 4, 0xfffa3942); /* 33 */
	HH(d, a, b, c, x[ 8], 11, 0x8771f681); /* 34 */
	HH(c, d, a, b, x[11], 16, 0x6d9d6122); /* 35 */
	HH(b, c, d, a, x[14], 23, 0xfde5380c); /* 36 */
	HH(a, b, c, d, x[ 1], 4, 0xa4beea44); /* 37 */
	HH(d, a, b, c, x[ 4], 11, 0x4bdecfa9); /* 38 */
	HH(c, d, a, b, x[ 7], 16, 0xf6bb4b60); /* 39 */
	HH(b, c, d, a, x[10], 23, 0xbebfbc70); /* 40 */
	HH(a, b, c, d, x[13], 4, 0x289b7ec6); /* 41 */
	HH(d, a, b, c, x[ 0], 11, 0xeaa127fa); /* 42 */
	HH(c, d, a, b, x[ 3], 16, 0xd4ef3085); /* 43 */
	HH(b, c, d, a, x[ 6], 23,  0x4881d05); /* 44 */
	HH(a, b, c, d, x[ 9], 4, 0xd9d4d039); /* 45 */
	HH(d, a, b, c, x[12], 11, 0xe6db99e5); /* 46 */
	HH(c, d, a, b, x[15], 16, 0x1fa27cf8); /* 47 */
	HH(b, c, d, a, x[ 2], 23, 0xc4ac5665); /* 48 */

	/* Round 4 */
	II(a, b, c, d, x[ 0], 6, 0xf4292244); /* 49 */
	II(d, a, b, c, x[ 7], 10, 0x432aff97); /* 50 */
	II(c, d, a, b, x[14], 15, 0xab9423a7); /* 51 */
	II(b, c, d, a, x[ 5], 21, 0xfc93a039); /* 52 */
	II(a, b, c, d, x[12], 6, 0x655b59c3); /* 53 */
	II(d, a, b, c, x[ 3], 10, 0x8f0ccc92); /* 54 */
	II(c, d, a, b, x[10], 15, 0xffeff47d); /* 55 */
	II(b, c, d, a, x[ 1], 21, 0x85845dd1); /* 56 */
	II(a, b, c, d, x[ 8], 6, 0x6fa87e4f); /* 57 */
	II(d, a, b, c, x[15], 10, 0xfe2ce6e0); /* 58 */
	II(c, d, a, b, x[ 6], 15, 0xa3014314); /* 59 */
	II(b, c, d, a, x[13], 21, 0x4e0811a1); /* 60 */
	II(a, b, c, d, x[ 4], 6, 0xf7537e82); /* 61 */
	II(d, a, b, c, x[11], 10, 0xbd3af235); /* 62 */
	II(c, d, a, b, x[ 2], 15, 0x2ad7d2bb); /* 63 */
	II(b, c, d, a, x[ 9], 21, 0xeb86d391); /* 64 */
	state[0] += a;
	state[1] += b;
	state[2] += c;
	state[3] += d;
}

 

（3）md5.h

#ifndef MD5_H
#define MD5_H

typedef struct
{
	unsigned int count[2];
	unsigned int state[4];
	unsigned char buffer[64];
}MD5_CTX;


#define F(x,y,z) ((x & y) | (~x & z))
#define G(x,y,z) ((x & z) | (y & ~z))
#define H(x,y,z) (x^y^z)
#define I(x,y,z) (y ^ (x | ~z))
#define ROTATE_LEFT(x,n) ((x << n) | (x >> (32-n)))
#define FF(a,b,c,d,x,s,ac) \
{ \
	a += F(b,c,d) + x + ac; \
	a = ROTATE_LEFT(a,s); \
	a += b; \
}
#define GG(a,b,c,d,x,s,ac) \
{ \
	a += G(b,c,d) + x + ac; \
	a = ROTATE_LEFT(a,s); \
	a += b; \
}
#define HH(a,b,c,d,x,s,ac) \
{ \
	a += H(b,c,d) + x + ac; \
	a = ROTATE_LEFT(a,s); \
	a += b; \
}
#define II(a,b,c,d,x,s,ac) \
{ \
	a += I(b,c,d) + x + ac; \
	a = ROTATE_LEFT(a,s); \
	a += b; \
}
void MD5Init(MD5_CTX *context);
void MD5Update(MD5_CTX *context,unsigned char *input,unsigned int inputlen);
void MD5Final(MD5_CTX *context,unsigned char digest[16]);
void MD5Transform(unsigned int state[4],unsigned char block[64]);
void MD5Encode(unsigned char *output,unsigned int *input,unsigned int len);
void MD5Decode(unsigned int *output,unsigned char *input,unsigned int len);

#endif

 

 

4．运行截图