Каждый файл или строку текста можно превратить в уникальный «отпечаток», который помогает защитить данные и проверить их целостность. Долгое время стандартом для этих задач был алгоритм MD5. В этой статье разбираемся, что это за алгоритм, как он работает — и как его можно расшифровать.
Что такое MD5
MD5 (Message Digest 5) — это алгоритм хеширования, который разработали в начале 1990-х. Его основная задача — преобразовывать входное сообщение в уникальную строку длиной 128 битов. Хеш (hash) — это и есть эта строка.
MD5 стал развитием идей своих предшественников: MD2, MD3 и MD4, которые решали задачи безопасности и производительности для своего времени. Их использовали для защиты данных в цифровой среде. Создатели MD5 устранили недостатки MD4: повысили стойкость к атакам и сделали проверку целостности данных надежнее.
Важно понимать, что хеш — это не шифрование. Полученный результат невозможно преобразовать обратно в исходные данные. Однако один и тот же вход всегда будет генерировать одинаковый хеш.
Для чего используют MD5
- Создание контрольных сумм. Контрольная сумма (Checksum) — это короткий код, который помогает проверить, что данные не изменились или не повредились. Она создается из файла перед его передачей или записью, а потом проверяется у получателя. Если все в порядке, контрольная сумма должна совпасть.
- Хеширование паролей. Раньше MD5 использовали для хранения паролей в виде хешей. Это помогало защитить данные, так как в базе хранился не сам пароль, а его «отпечаток». Однако из-за уязвимостей MD5 сейчас заменяют более безопасными алгоритмами вроде SHA-256 или Argon2.
- Построение ассоциативных массивов. MD5 применяется для быстрого поиска данных по ключу. Это ускоряет работу программ, так как хеш служит уникальным идентификатором для каждой записи.
- Сравнение данных и поиск дубликатов. Вместо анализа самих данных сравниваются их хеши: это помогает быстрее находить совпадения, особенно в больших наборах информации.
Как работает MD5
Выравнивание данных
Для обработки данных с помощью MD5 их длина должна быть кратной 512 битам (64 байтам). Сначала к данным добавляют бит «1» в конец сообщения. Потом дописывают нули, чтобы длина подошла под нужный размер для обработки.
Указание длины сообщения
После выравнивания к данным дописывают их исходную длину в виде 64-битного числа. Это позволяет алгоритму учитывать первоначальный объем информации, даже если данные были дополнены.
Настройка MD-буфера
MD5 использует четыре переменные — A, B, C и D, каждая из которых занимает 32 бита. Эти переменные получают фиксированные стартовые значения и служат основой для дальнейших вычислений.
Циклическая обработка данных
После подготовки данных начинается их обработка. Алгоритм разбивает сообщение на блоки по 512 бит (64 байта), которые обрабатываются в цикле. Каждый блок проходит через несколько этапов:
- переменные A, B, C и D обновляются с помощью математических операций (побитовых вычислений, сдвигов, перестановок и сложений);
- используются заранее заданные константы, которые были получены из дробных частей синусов целых чисел (например, для большей хаотичности результатов).
Результат
Когда все подсчитано, значения переменных A, B, C и D объединяются в одну строку длиной 128 бит. Эта строка и является итоговым хешем — уникальным «отпечатком» исходных данных.
Разберем на примере
А теперь разберем на практике, как это все выглядит. Выберем максимально простую исходную строку — например, «1234». Ее длина — 32 бита. Чтобы сделать длину кратной 512 битам, мы добавим к исходному бинарному сообщению бит «1»:
00110001 00110010 00110011 00110100 1
Добавляем нули, пока длина не станет равной 448 битам (нужно вычесть 64 бита, так как они зарезервированы для указания длины исходного сообщения).
Теперь нужно задать стартовые значения для переменных. Пускай они у нас будут такими:
A = 0x67452301;
B = 0xEFCDAB89;
C = 0x98BADCFE;
D = 0x10325476.
Затем сообщение делится на блоки (у нас он один). Выполняются 64 шага с использованием битовых операций, сдвигов и констант. Итоговый хеш будет выглядеть так:
81dc9bdb52d04dc20036dbd8313ed055.
Как расшифровать MD5
Из-за большого количества уязвимостей ученые считают MD5 устаревшим алгоритмом, который небезопасно использовать в криптографии. На самом деле «расшифровать» MD5 невозможно: помним, что это не шифрование, а алгоритм хеширования. Но существует несколько методов, с помощью которых можно определить исходное значение, которое соответствует MD5-хешу.
Самое простое — воспользоваться сервисами для работы с MD5:
- crackStation — один из самых популярных ресурсов для взлома и проверки хешей;
- md5.web-max.ca — сервис с простым и удобным интерфейсом;
- md5decrypter.com — аналогичный инструмент, который ищет совпадения в базе данных;
- msurf.ru — русскоязычный ресурс, позволяющий как расшифровывать MD5-хеши, так и генерировать их.
Эти сервисы работают с базами данных уже известных паролей и строк. Однако их эффективность ограничена: они находят лишь простые и распространенные значения. Для более сложных случаев существуют методы похитрее.
Например, алгоритм можно взломать с помощью Брутфорса (Bruteforce), ведь длина его хеша — всего 128 бит. Это значит, что компьютер может просто перебирать все возможные варианты входных данных, пока не найдется тот, который дает нужный хеш. Есть и другой способ — использовать заранее подготовленный список популярных паролей или данных, так называемый словарь.
А еще короткая длина хеша позволяет раскодировать MD5 через RainbowCrack. Это инструмент, который использует заранее подготовленные списки хешей и их исходные данные — так называемые радужные таблицы. В таблице заранее записаны хеши для множества строк — паролей, комбинаций букв, цифр и символов. «Радужные таблицы» также использует сервис crackStation.
Метод перебора и RainbowCrack хорошо сработают, если при создании хеша не использовалась «соль» — дополнительное случайное значение, которое добавляют к данным перед хешированием, чтобы сделать процесс подбора сложнее.
Например, если пароль «qwerty123» хешируется с «солью» «Xy7!», итоговый хеш будет совершенно другим, чем без «соли». Даже если другой пользователь также использует пароль «qwerty123», его соль будет иной, а значит, и хеш будет уникальным. Соль особенно важна там, где хранится много хешей, например в базах данных пользователей. Без нее данные могут утечь.
Помимо этого, стоит помнить о рисках коллизий внутри MD5 (снова из-за короткого хеша). Проблема в том, что два разных набора данных могут иметь одинаковый хеш, и система не сможет отличить оригинал от подделки — такая ситуация и называется коллизией. Предположим, что в оригинальном файле у нас был важный договор. С помощью коллизии злоумышленник может сгенерировать договор с совершенно другим текстом, а подмену можно заметить не сразу: хеш ведь у этих файлов один и тот же. В 2004 году группа китайских криптографов нашла способ легко создавать такие совпадения.
Алгоритм MD5: коротко о главном
Подводим итоги: MD5 — это способ превратить любые данные в уникальный «отпечаток» длиной 128 бит. Долгое время алгоритм использовали для проверки целостности файлов и защиты паролей. Но время показало, что MD5 уже не такой надежный: его можно взломать, а хеши — подделать. Для задач, которые требуют высокой безопасности, этот алгоритм не годится — но в более простых случаях, где защита не играет ключевой роли, он вполне справляется.
Материалы по теме:
- Все, что нужно знать про хеширование
- Что такое криптография. Рассказываем про виды и принципы шифрования — и объясняем, как работают разные алгоритмы криптографии
