MD5

MD5 (ingliskeelsest nimest Message Digest 5) on levinud räsifunktsioon, mille väljundiks on 128-bitine kontrollsumma (ingl. "checksum"). MD5 kasutusala krüptograafias on lai, enamasti kasutatakse seda andmete tervikluse kontrolliks.
Software Engineering Institute peab MD5-d "krüptograafiliselt murtuks ja edasiseks kasutuseks ebasobivaks". Tähelepanuväärne näide MD5 nõrgast turvalisusest on 2012. aastal levinud pahavara Flame.
Ajalugu.
MD5 lõi 1991. aastal Ronald Rivest, et asendada varasem räsifunktsioon MD4.
1996. aastal leiti viga MD5 disainis. Kuigi tol ajal ei peetud seda saatuslikuks, soovitasid krüptograafid teiste räsifunktsioonide kasutamist, näiteks SHA-1, milles hiljem avastati samuti vigu.
2004. aastal näidati, et MD5 ei ole kollisioonikindel, mis tõttu see ei sobi SSL sertifikaatide ega digiallkirjade loomiseks. Samal aastal leiti MD5s veelgi suuremaid vigu, mis seadis algoritmi turvalisuse küsimärgi alla, kui professor Wangi töörühm kirjeldas, kuidas luua failipaar, millel on sama MD5 kontrollsumma.
Kasutusalad.
MD5 on juba pikemat aega olnud laialt kasutusel tarkvaramaailmas failide tervikluse kontrollimiseks, sest failide transpordil võib osa failist kaduma minna.
Algoritm.
Sõnum jagatakse 512-bitisteks tükkideks, millele lisatakse lõppu üksik "1" bitt ning seejärel lisatakse "0" bitte, kuni sõnumi pikkus bittides on 64 bitti vähem kui 512 kordne arv. Ülejäänud 64 bitti täidetakse bitijadaga, mis vastab originaalse sisendi pikkusele baitides.
MD5 põhialgoritm opereerib neljal 32-bitisel registril, mida tähistatakse tähtedega formula_1 ning millel on kindlad algväärtused. Seejärel kasutatakse igat 512-bitist sõnumi osa, et modifitseerida registrite väärtusi. Ühe sõnumi osa töötlemine jaotakakse ära neljaks sarnaseks etapiks, kus iga etapp koosneb kuueteistkümnest operatsioonist. Igal etapil kasutatakse natuke erinevat funktsiooni operatsioonides. Need funktsioonid on järgnevad:
formula_2
formula_3 – Välistav disjunktsioon (XOR)
formula_4 – Konjunktsioon (AND)
formula_5 – Disjunktsioon (OR)
formula_6 – Eitus (NOT)
Järgnev pseudokood näitab üht viisi, kuidas implementeerida MD5 algoritm.
 //"Kõik muutujad on 32-bitised"
 var "int"[64] s, K
 //"s kirjeldab iga etapi jaoks vajalikke bitijada nihete suurusi"
 //"Konstantide massiiv on defineeritud järgnevate funktsioonide kombinatsioonina:"
 for i from 0 to 63
 K[i] := floor(232 × abs(sin(i + 1)))
 end for
 //"(Võib ka kasutada juba väljaarvutatud väärtusi):"
 //"Registrite algväärtused"
 var "int" a0 := 0x67452301 //A
 var "int" b0 := 0xefcdab89 //B
 var "int" c0 := 0x98badcfe //C
 var "int" d0 := 0x10325476 //D
 //"Lisatakse üksik "1" bitt"
 append "1" bit to message
 //"Lisatakse lõppu "0" bitid"
 append "0" bit until message length in bits ≡ 448 (mod 512)
 append original length in bits mod (2 pow 64) to message
 //"Töötle sõnumit 512-bitiste "tükkidena":"
 for each "512-bit" chunk of message
 break chunk into sixteen 32-bit words M[j], 0 ≤ j ≤ 15
 //"Räsi algväärtus selle "tüki" jaoks:"
 var "int" A := a0
 var "int" B := b0
 var "int" C := c0
 var "int" D := d0
 //"Põhitsükkel:"
 for i from 0 to 63
 if 0 ≤ i ≤ 15 then
 F := (B and C) or ((not B) and D)
 g := i
 else if 16 ≤ i ≤ 31
 F := (D and B) or ((not D) and C)
 g := (5×i + 1) mod 16
 else if 32 ≤ i ≤ 47
 F := B xor C xor D
 g := (3×i + 5) mod 16
 else if 48 ≤ i ≤ 63
 F := C xor (B or (not D))
 g := (7×i) mod 16
 dTemp := D
 D := C
 C := B
 B := B + leftrotate((A + F + K[i] + M[g]), s[i])
 A := dTemp
 end for
 //"Liida selle "tüki" räsi lõpptulemusele:"
 a0 := a0 + A
 b0 := b0 + B
 c0 := c0 + C
 d0 := d0 + D
 end for
 var "char" digest[16] := a0 append b0 append c0 append d0 //"(Väljund on little-endian)"
 //"Rotatsiooni funktsiooni definitsioon"
 leftrotate (x, c)
 return (x « c) binary or (x » (32-c));
Näited.
MD5 räsi pikkus on olenemata sisendi suurusest 128 bitti. Tavaliselt kujutatakse MD5 räsisid 32 kuueteistkümnendsüsteemi numbriga. Järgnevad sisendid on ASCII kujul:
 MD5("Kui Arno isaga koolimajja jõudis, olid tunnid juba alanud") =
 26aada48a686c4cb16e294ecd4fdaf6c
Isegi väike muudatus muudab räsi täielikult.
 MD5("Kui Arno isaga koolimajja jõudis, olid tunnid juba alanud.") =
 74b9efe7c90c35e08e84e6c9eca590a9
Ka tühja sisendi jaoks on olemas räsi.
 MD5("") = 
 d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e