md2算法实现原理深剖

一、基本介绍

MD系列算法是信息摘要三大算法中的一种，全称：Message Digest算法，按照规范版本分为MD2、MD4、MD5三种算法，目前最常用的是MD5版本算法。本文介绍MD2算法的实现原理。

1989年，MD2是由著名的非对称算法RSA发明人之一–麻省理工学院教授罗纳德-里维斯特开发的；这个算法首先对信息进行数据补位，使信息的字节长度是16的倍数，再以16位的检验和作为补充信息追加到原信息的末尾。最后根据这个新产生的信息计算出一个128位的散列值，MD2算法由此诞生。

二、实现原理

有关MD2 算法详情请参见 RFC 1319 http://www.ietf.org/rfc/rfc1319.txt，RFC 1319 是MD2算法的官方文档，其实现原理共分为5步：

第1步：字节填充(Append Padding Bytes)

填充1~16个字节，确保是16字节的倍数，填充规则如下：

假设数据长度为m, 则需要填充16 - (m mod 16)个字节的数据，填充内容为16 - (m mod 16)。

第2步：添加校验和(Append Checksum)

根据下列算法计算校验和，并追加到第1步填充数据的后面。

/* Clear checksum. */
For i = 0 to 15 do:
　　Set C[i] to 0.
end /* of loop on i */

Set L to 0.

/* Process each 16-word block. */
For i = 0 to N/16-1 do
　　/* Checksum block i. */
　　For j = 0 to 15 do
　　　　Set c to M[i*16+j].
　　　　Set C[j] to S[c xor L].
　　　　Set L to C[j].
　　end /* of loop on j */
end /* of loop on i */

第3步：初始化MD Buffer(Initialize MD Buffer)

最简单不过了，定义一个48字节数组X并初始化为0。

第4步：处理消息块(Process Message in 16-Byte Blocks)

这个是MD2算法最核心的部分了，对第2步组装数据进行分块依次处理。

/* Process each 16-word block. */
For i = 0 to N'/16-1 do
　　/* Copy block i into X. */
　　For j = 0 to 15 do
　　　　Set X[16+j] to M[i*16+j].
　　　　Set X[32+j] to (X[16+j] xor X[j]).
　　end /* of loop on j */

　　Set t to 0.

　　/* Do 18 rounds. */
　　For j = 0 to 17 do
　　　　/* Round j. */
　　　　For k = 0 to 47 do
　　　　　　Set t and X[k] to (X[k] xor S[t]).
　　　　end /* of loop on k */
　　　　Set t to (t+j) modulo 256.
　　end /* of loop on j */
end /* of loop on i */

第5步：输出(Output)

这一步也非常简单，只需要将计算后的X前16字节进行输出就可以了

三、示例讲解

  四、代码实现

以下为C/C++代码实现：

#include <string.h>
#include <stdio.h>

#define HASH_BLOCK_SIZE     16
#define HASH_DIGEST_SIZE    16
#define HASH_ROUND_NUM      18

#define MD2_CHECKSUM_SIZE   16

#define ASSERT_RETURN_INT(x, d) if(!(x)) { return d; }

/*
* The S Box of MD2 are generated from Pi digits.
*/
static const unsigned char S[256] =
{
	0x29, 0x2E, 0x43, 0xC9, 0xA2, 0xD8, 0x7C, 0x01, 0x3D, 0x36, 0x54, 0xA1, 0xEC, 0xF0, 0x06, 0x13,
	0x62, 0xA7, 0x05, 0xF3, 0xC0, 0xC7, 0x73, 0x8C, 0x98, 0x93, 0x2B, 0xD9, 0xBC, 0x4C, 0x82, 0xCA,
	0x1E, 0x9B, 0x57, 0x3C, 0xFD, 0xD4, 0xE0, 0x16, 0x67, 0x42, 0x6F, 0x18, 0x8A, 0x17, 0xE5, 0x12,
	0xBE, 0x4E, 0xC4, 0xD6, 0xDA, 0x9E, 0xDE, 0x49, 0xA0, 0xFB, 0xF5, 0x8E, 0xBB, 0x2F, 0xEE, 0x7A,
	0xA9, 0x68, 0x79, 0x91, 0x15, 0xB2, 0x07, 0x3F, 0x94, 0xC2, 0x10, 0x89, 0x0B, 0x22, 0x5F, 0x21,
	0x80, 0x7F, 0x5D, 0x9A, 0x5A, 0x90, 0x32, 0x27, 0x35, 0x3E, 0xCC, 0xE7, 0xBF, 0xF7, 0x97, 0x03,
	0xFF, 0x19, 0x30, 0xB3, 0x48, 0xA5, 0xB5, 0xD1, 0xD7, 0x5E, 0x92, 0x2A, 0xAC, 0x56, 0xAA, 0xC6,
	0x4F, 0xB8, 0x38, 0xD2, 0x96, 0xA4, 0x7D, 0xB6, 0x76, 0xFC, 0x6B, 0xE2, 0x9C, 0x74, 0x04, 0xF1,
	0x45, 0x9D, 0x70, 0x59, 0x64, 0x71, 0x87, 0x20, 0x86, 0x5B, 0xCF, 0x65, 0xE6, 0x2D, 0xA8, 0x02,
	0x1B, 0x60, 0x25, 0xAD, 0xAE, 0xB0, 0xB9, 0xF6, 0x1C, 0x46, 0x61, 0x69, 0x34, 0x40, 0x7E, 0x0F,
	0x55, 0x47, 0xA3, 0x23, 0xDD, 0x51, 0xAF, 0x3A, 0xC3, 0x5C, 0xF9, 0xCE, 0xBA, 0xC5, 0xEA, 0x26,
	0x2C, 0x53, 0x0D, 0x6E, 0x85, 0x28, 0x84, 0x09, 0xD3, 0xDF, 0xCD, 0xF4, 0x41, 0x81, 0x4D, 0x52,
	0x6A, 0xDC, 0x37, 0xC8, 0x6C, 0xC1, 0xAB, 0xFA, 0x24, 0xE1, 0x7B, 0x08, 0x0C, 0xBD, 0xB1, 0x4A,
	0x78, 0x88, 0x95, 0x8B, 0xE3, 0x63, 0xE8, 0x6D, 0xE9, 0xCB, 0xD5, 0xFE, 0x3B, 0x00, 0x1D, 0x39,
	0xF2, 0xEF, 0xB7, 0x0E, 0x66, 0x58, 0xD0, 0xE4, 0xA6, 0x77, 0x72, 0xF8, 0xEB, 0x75, 0x4B, 0x0A,
	0x31, 0x44, 0x50, 0xB4, 0x8F, 0xED, 0x1F, 0x1A, 0xDB, 0x99, 0x8D, 0x33, 0x9F, 0x11, 0x83, 0x14
};

int md2(unsigned char *out, const unsigned char* in, const int inlen)
{
    ASSERT_RETURN_INT(out && in && (inlen >= 0), 1);
    int i = 0, j = 0, k = 0;
    unsigned char L = 0, t = 0;

    // step 1: 字节填充(Append Padding Bytes)
    // 假设数据长度为m, 则需要填充16 - (m mod 16)个字节的数据，填充内容为16 - (m mod 16).
    int iLen = (inlen / HASH_BLOCK_SIZE + 1) * HASH_BLOCK_SIZE;
    unsigned char* M = malloc(iLen + MD2_CHECKSUM_SIZE);
    memcpy(M, in, inlen);
    for (i = inlen; i < iLen; i++)
    {
        M[i] = iLen - inlen;
    }

    // step 2: 添加校验和(Append Checksum)
    unsigned char C[MD2_CHECKSUM_SIZE];
    memset(C, 0, MD2_CHECKSUM_SIZE);
    for (i = 0; i < iLen / HASH_BLOCK_SIZE; i++)
    {
        for (j = 0; j < HASH_BLOCK_SIZE; j++)
        {
            unsigned char c = M[i * 16 + j];
            C[j] = C[j] ^ S[c ^ L];
            L = C[j];
        }
    }
    memcpy(M + iLen, C, HASH_BLOCK_SIZE);

    // step 3: 初始化MD Buffer(Initialize MD Buffer):
    unsigned char X[48];
    memset(X, 0, 48);

    // step 4: 处理消息块(Process Message in 16-Byte Blocks)
    for (i = 0; i < (iLen + 16) / HASH_BLOCK_SIZE; i++)
    {
        /* Copy block i into X. */
        for (j = 0; j < HASH_BLOCK_SIZE; j++)
        {
            X[16 + j] = M[i * 16 + j];
            X[32 + j] = X[16 + j] ^ X[j];
        }

        t = 0;

        /* Do 18 rounds. */
        for (j = 0; j < HASH_ROUND_NUM; j++)
        {
            /* Round j */
            for (k = 0; k < 48; k++)
            {
                t = X[k] = X[k] ^ S[t];
            }
            t = (t + j) % 256;
        }
    }

    memcpy(out, X, HASH_DIGEST_SIZE);
    free(M);

    return 0;
}

int main()
{
    unsigned char digest[16] = { 0 };

    md2(digest, "Hello World!", strlen("Hello World!"));

    return 0;
}