算法还原之哈希算法总结

一 常见哈希算法介绍

哈希算法对比

算法	返回值长度(hex)	初始化链接向量(hex)	常量表(k表)【个】
MD5	32byte	32byte(4个)	64
SHA1	40byte	40byte(5个)	4
SHA256	64byte	64byte(8个)	64
SHA512	128byte	128byte(8个)	160(32byte)

初始化链接向量

MD5：4个=32byte

context->state[0] = 0x67452301;
context->state[1] = 0xefcdab89;
context->state[2] = 0x98badcfe;
context->state[3] = 0x10325476;

SHA1：5个=40byte

#define INIT_DATA_h0 0x67452301UL
#define INIT_DATA_h1 0xefcdab89UL
#define INIT_DATA_h2 0x98badcfeUL
#define INIT_DATA_h3 0x10325476UL
#define INIT_DATA_h4 0xc3d2e1f0UL

c->h0=INIT_DATA_h0;
c->h1=INIT_DATA_h1;
c->h2=INIT_DATA_h2;
c->h3=INIT_DATA_h3;
c->h4=INIT_DATA_h4;

SHA256：8个=64byte

ctx->hash[0] = 0x6a09e667;
ctx->hash[1] = 0xbb67ae85;
ctx->hash[2] = 0x3c6ef372; 
ctx->hash[3] = 0xa54ff53a;
ctx->hash[4] = 0x510e527f; 
ctx->hash[5] = 0x9b05688c;
ctx->hash[6] = 0x1f83d9ab;
ctx->hash[7] = 0x5be0cd19;

SHA512：8个=128byte（这块可以看到SHA512的前8个十六进制位就是SHA256的初始化链接变量）

context->state[0] = 0x6a09e667f3bcc908ULL;
context->state[1] = 0xbb67ae8584caa73bULL;
context->state[2] = 0x3c6ef372fe94f82bULL;
context->state[3] = 0xa54ff53a5f1d36f1ULL;
context->state[4] = 0x510e527fade682d1ULL;
context->state[5] = 0x9b05688c2b3e6c1fULL;
context->state[6] = 0x1f83d9abfb41bd6bULL;
context->state[7] = 0x5be0cd19137e2179ULL;

常量表(k表)[个]

MD5：64个

/* Round 1 */
FF (a, b, c, d, x[ 0], S11, 0xd76aa478); /* 1 */
FF (d, a, b, c, x[ 1], S12, 0xe8c7b756); /* 2 */
FF (c, d, a, b, x[ 2], S13, 0x242070db); /* 3 */
FF (b, c, d, a, x[ 3], S14, 0xc1bdceee); /* 4 */
FF (a, b, c, d, x[ 4], S11, 0xf57c0faf); /* 5 */
FF (d, a, b, c, x[ 5], S12, 0x4787c62a); /* 6 */
FF (c, d, a, b, x[ 6], S13, 0xa8304613); /* 7 */
FF (b, c, d, a, x[ 7], S14, 0xfd469501); /* 8 */
FF (a, b, c, d, x[ 8], S11, 0x698098d8); /* 9 */
FF (d, a, b, c, x[ 9], S12, 0x8b44f7af); /* 10 */
FF (c, d, a, b, x[10], S13, 0xffff5bb1); /* 11 */
FF (b, c, d, a, x[11], S14, 0x895cd7be); /* 12 */
FF (a, b, c, d, x[12], S11, 0x6b901122); /* 13 */
FF (d, a, b, c, x[13], S12, 0xfd987193); /* 14 */
FF (c, d, a, b, x[14], S13, 0xa679438e); /* 15 */
FF (b, c, d, a, x[15], S14, 0x49b40821); /* 16 */
/* Round 2 */
GG (a, b, c, d, x[ 1], S21, 0xf61e2562); /* 17 */
GG (d, a, b, c, x[ 6], S22, 0xc040b340); /* 18 */
GG (c, d, a, b, x[11], S23, 0x265e5a51); /* 19 */
GG (b, c, d, a, x[ 0], S24, 0xe9b6c7aa); /* 20 */
GG (a, b, c, d, x[ 5], S21, 0xd62f105d); /* 21 */
GG (d, a, b, c, x[10], S22,  0x2441453); /* 22 */
GG (c, d, a, b, x[15], S23, 0xd8a1e681); /* 23 */
GG (b, c, d, a, x[ 4], S24, 0xe7d3fbc8); /* 24 */
GG (a, b, c, d, x[ 9], S21, 0x21e1cde6); /* 25 */
GG (d, a, b, c, x[14], S22, 0xc33707d6); /* 26 */
GG (c, d, a, b, x[ 3], S23, 0xf4d50d87); /* 27 */
GG (b, c, d, a, x[ 8], S24, 0x455a14ed); /* 28 */
GG (a, b, c, d, x[13], S21, 0xa9e3e905); /* 29 */
GG (d, a, b, c, x[ 2], S22, 0xfcefa3f8); /* 30 */
GG (c, d, a, b, x[ 7], S23, 0x676f02d9); /* 31 */
GG (b, c, d, a, x[12], S24, 0x8d2a4c8a); /* 32 */
/* Round 3 */
HH (a, b, c, d, x[ 5], S31, 0xfffa3942); /* 33 */
HH (d, a, b, c, x[ 8], S32, 0x8771f681); /* 34 */
HH (c, d, a, b, x[11], S33, 0x6d9d6122); /* 35 */
HH (b, c, d, a, x[14], S34, 0xfde5380c); /* 36 */
HH (a, b, c, d, x[ 1], S31, 0xa4beea44); /* 37 */
HH (d, a, b, c, x[ 4], S32, 0x4bdecfa9); /* 38 */
HH (c, d, a, b, x[ 7], S33, 0xf6bb4b60); /* 39 */
HH (b, c, d, a, x[10], S34, 0xbebfbc70); /* 40 */
HH (a, b, c, d, x[13], S31, 0x289b7ec6); /* 41 */
HH (d, a, b, c, x[ 0], S32, 0xeaa127fa); /* 42 */
HH (c, d, a, b, x[ 3], S33, 0xd4ef3085); /* 43 */
HH (b, c, d, a, x[ 6], S34,  0x4881d05); /* 44 */
HH (a, b, c, d, x[ 9], S31, 0xd9d4d039); /* 45 */
HH (d, a, b, c, x[12], S32, 0xe6db99e5); /* 46 */
HH (c, d, a, b, x[15], S33, 0x1fa27cf8); /* 47 */
HH (b, c, d, a, x[ 2], S34, 0xc4ac5665); /* 48 */
/* Round 4 */
II (a, b, c, d, x[ 0], S41, 0xf4292244); /* 49 */
II (d, a, b, c, x[ 7], S42, 0x432aff97); /* 50 */
II (c, d, a, b, x[14], S43, 0xab9423a7); /* 51 */
II (b, c, d, a, x[ 5], S44, 0xfc93a039); /* 52 */
II (a, b, c, d, x[12], S41, 0x655b59c3); /* 53 */
II (d, a, b, c, x[ 3], S42, 0x8f0ccc92); /* 54 */
II (c, d, a, b, x[10], S43, 0xffeff47d); /* 55 */
II (b, c, d, a, x[ 1], S44, 0x85845dd1); /* 56 */
II (a, b, c, d, x[ 8], S41, 0x6fa87e4f); /* 57 */
II (d, a, b, c, x[15], S42, 0xfe2ce6e0); /* 58 */
II (c, d, a, b, x[ 6], S43, 0xa3014314); /* 59 */
II (b, c, d, a, x[13], S44, 0x4e0811a1); /* 60 */
II (a, b, c, d, x[ 4], S41, 0xf7537e82); /* 61 */
II (d, a, b, c, x[11], S42, 0xbd3af235); /* 62 */
II (c, d, a, b, x[ 2], S43, 0x2ad7d2bb); /* 63 */
II (b, c, d, a, x[ 9], S44, 0xeb86d391); /* 64 */

SHA1:4个

#define K_00_19	0x5a827999UL
#define K_20_39 0x6ed9eba1UL
#define K_40_59 0x8f1bbcdcUL
#define K_60_79 0xca62c1d6UL

SHA256：

static const uint32_t K[64] = {
        0x428a2f98, 0x71374491, 0xb5c0fbcf, 0xe9b5dba5,
        0x3956c25b, 0x59f111f1, 0x923f82a4, 0xab1c5ed5,
        0xd807aa98, 0x12835b01, 0x243185be, 0x550c7dc3,
        0x72be5d74, 0x80deb1fe, 0x9bdc06a7, 0xc19bf174,
        0xe49b69c1, 0xefbe4786, 0x0fc19dc6, 0x240ca1cc,
        0x2de92c6f, 0x4a7484aa, 0x5cb0a9dc, 0x76f988da,
        0x983e5152, 0xa831c66d, 0xb00327c8, 0xbf597fc7,
        0xc6e00bf3, 0xd5a79147, 0x06ca6351, 0x14292967,
        0x27b70a85, 0x2e1b2138, 0x4d2c6dfc, 0x53380d13,
        0x650a7354, 0x766a0abb, 0x81c2c92e, 0x92722c85,
        0xa2bfe8a1, 0xa81a664b, 0xc24b8b70, 0xc76c51a3,
        0xd192e819, 0xd6990624, 0xf40e3585, 0x106aa070,
        0x19a4c116, 0x1e376c08, 0x2748774c, 0x34b0bcb5,
        0x391c0cb3, 0x4ed8aa4a, 0x5b9cca4f, 0x682e6ff3,
        0x748f82ee, 0x78a5636f, 0x84c87814, 0x8cc70208,
        0x90befffa, 0xa4506ceb, 0xbef9a3f7, 0xc67178f2
};

SHA512：

static const unsigned long long K[80] = {
        0x428a2f98d728ae22ULL, 0x7137449123ef65cdULL, 0xb5c0fbcfec4d3b2fULL, 0xe9b5dba58189dbbcULL,
        0x3956c25bf348b538ULL, 0x59f111f1b605d019ULL, 0x923f82a4af194f9bULL, 0xab1c5ed5da6d8118ULL,
        0xd807aa98a3030242ULL, 0x12835b0145706fbeULL, 0x243185be4ee4b28cULL, 0x550c7dc3d5ffb4e2ULL,
        0x72be5d74f27b896fULL, 0x80deb1fe3b1696b1ULL, 0x9bdc06a725c71235ULL, 0xc19bf174cf692694ULL,
        0xe49b69c19ef14ad2ULL, 0xefbe4786384f25e3ULL, 0x0fc19dc68b8cd5b5ULL, 0x240ca1cc77ac9c65ULL,
        0x2de92c6f592b0275ULL, 0x4a7484aa6ea6e483ULL, 0x5cb0a9dcbd41fbd4ULL, 0x76f988da831153b5ULL,
        0x983e5152ee66dfabULL, 0xa831c66d2db43210ULL, 0xb00327c898fb213fULL, 0xbf597fc7beef0ee4ULL,
        0xc6e00bf33da88fc2ULL, 0xd5a79147930aa725ULL, 0x06ca6351e003826fULL, 0x142929670a0e6e70ULL,
        0x27b70a8546d22ffcULL, 0x2e1b21385c26c926ULL, 0x4d2c6dfc5ac42aedULL, 0x53380d139d95b3dfULL,
        0x650a73548baf63deULL, 0x766a0abb3c77b2a8ULL, 0x81c2c92e47edaee6ULL, 0x92722c851482353bULL,
        0xa2bfe8a14cf10364ULL, 0xa81a664bbc423001ULL, 0xc24b8b70d0f89791ULL, 0xc76c51a30654be30ULL,
        0xd192e819d6ef5218ULL, 0xd69906245565a910ULL, 0xf40e35855771202aULL, 0x106aa07032bbd1b8ULL,
        0x19a4c116b8d2d0c8ULL, 0x1e376c085141ab53ULL, 0x2748774cdf8eeb99ULL, 0x34b0bcb5e19b48a8ULL,
        0x391c0cb3c5c95a63ULL, 0x4ed8aa4ae3418acbULL, 0x5b9cca4f7763e373ULL, 0x682e6ff3d6b2b8a3ULL,
        0x748f82ee5defb2fcULL, 0x78a5636f43172f60ULL, 0x84c87814a1f0ab72ULL, 0x8cc702081a6439ecULL,
        0x90befffa23631e28ULL, 0xa4506cebde82bde9ULL, 0xbef9a3f7b2c67915ULL, 0xc67178f2e372532bULL,
        0xca273eceea26619cULL, 0xd186b8c721c0c207ULL, 0xeada7dd6cde0eb1eULL, 0xf57d4f7fee6ed178ULL,
        0x06f067aa72176fbaULL, 0x0a637dc5a2c898a6ULL, 0x113f9804bef90daeULL, 0x1b710b35131c471bULL,
        0x28db77f523047d84ULL, 0x32caab7b40c72493ULL, 0x3c9ebe0a15c9bebcULL, 0x431d67c49c100d4cULL,
        0x4cc5d4becb3e42b6ULL, 0x597f299cfc657e2aULL, 0x5fcb6fab3ad6faecULL, 0x6c44198c4a475817ULL
};

MD5-salt(加盐)

顾名思义，就是在MD5的值后面加上了一个常量。

举个例子：明文字符串为 “123456”，盐为 “hello”。

• 正常md5(123456) = e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e
• 加盐md5(123456) = 04522abf42bb8ad979fe66948402bc0d

正常md5(123456hello) = “04522abf42bb8ad979fe66948402bc0d”

由此可以看出，加盐md5(123456,hello) = md5(123456hello)。所谓的加盐，就是在字符串拼接后再求其md5。

二 哈希算法特征寻找&比对

正常的针对这些算法的特征，就是找他的初始化链接变量和K值。这块以sha512为例

1、首先看它的链接变量：

因为32位IDA，只能表示8个十六进制位。所以，这块有16个链接变量（4-19）

2、再看一下SHA512的K表

三 HMAC算法介绍

在前面讲到哈希算法时，我们说，存储用户的哈希口令时，要加盐存储，目的就在于抵御彩虹表攻击。

我们回顾一下哈希算法：

digest = hash(input)

正是因为相同的输入会产生相同的输出，我们加盐的目的就在于，使得输入有所变化：

digest = hash(salt + input)

这个salt可以看作是一个额外的“认证码”，同样的输入，不同的认证码，会产生不同的输出。因此，要验证输出的哈希，必须同时提供“认证码”。

Hmac算法就是一种基于密钥的消息认证码算法，它的全称是Hash-based Message Authentication Code，是一种更安全的消息摘要算法。

Hmac算法总是和某种哈希算法配合起来用的。例如，我们使用MD5算法，对应的就是HmacMD5算法，它相当于“加盐”的MD5：

HmacMD5 ≈ md5(secure_random_key, input)

此，HmacMD5可以看作带有一个安全的key的MD5。使用HmacMD5而不是用MD5加salt，有如下好处：

• HmacMD5使用的key长度是64字节，更安全；
• Hmac是标准算法，同样适用于SHA-1等其他哈希算法；
• Hmac输出和原有的哈希算法长度一致。

可见，Hmac本质上就是把key混入摘要的算法。验证此哈希时，除了原始的输入数据，还要提供key。

为了保证安全，我们不会自己指定key，而是通过Java标准库的KeyGenerator生成一个安全的随机的key。下面是使用HmacMD5的代码：

import javax.crypto.*;
import java.util.HexFormat;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5");
        SecretKey key = keyGen.generateKey();
        // 打印随机生成的key:
        byte[] skey = key.getEncoded();
        System.out.println(HexFormat.of().formatHex(skey));
        Mac mac = Mac.getInstance("HmacMD5");
        mac.init(key);
        mac.update("HelloWorld".getBytes("UTF-8"));
        byte[] result = mac.doFinal();
        System.out.println(HexFormat.of().formatHex(result));
    }
}

和MD5相比，使用HmacMD5的步骤是：

1. 通过名称HmacMD5获取KeyGenerator实例；
2. 通过KeyGenerator创建一个SecretKey实例；
3. 通过名称HmacMD5获取Mac实例；
4. 用SecretKey初始化Mac实例；
5. 对Mac实例反复调用update(byte[])输入数据；
6. 调用Mac实例的doFinal()获取最终的哈希值。

我们可以用Hmac算法取代原有的自定义的加盐算法，因此，存储用户名和口令的数据库结构如下：

有了Hmac计算的哈希和SecretKey，我们想要验证怎么办？这时，SecretKey不能从KeyGenerator生成，而是从一个byte[]数组恢复：

import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
import java.util.HexFormat;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        byte[] hkey = HexFormat.of().parseHex(
                "b648ee779d658c420420d86291ec70f5" + 
                "cf97521c740330972697a8fad0b55f5c" + 
                "5a7924e4afa99d8c5883e07d7c3f9ed0" + 
                "76aa544d25ed2f5ceea59dcc122babc8");
        SecretKey key = new SecretKeySpec(hkey, "HmacMD5");
        Mac mac = Mac.getInstance("HmacMD5");
        mac.init(key);
        mac.update("HelloWorld".getBytes("UTF-8"));
        byte[] result = mac.doFinal();
        System.out.println(HexFormat.of().formatHex(result)); // 4af40be7864efaae1473a4c601b650ae
    }
}

恢复SecretKey的语句就是new SecretKeySpec(hkey, “HmacMD5”)。