C++ 从零实现 MD5 加密算法详解

听雨眠

发布时间：2026-10-15 | 4人浏览过

原创

MD5 是一种广泛使用的单向加密哈希算法，具有固定输出长度和不可逆特性。本文将展示如何使用 C++ 语言从头构建一个完整的 MD5 编码器，包括核心的数学运算宏、数据块填充策略以及四轮混淆过程，适合希望深入了解哈希原理的开发者参考。

核心头文件与类结构定义

实现 MD5 的第一步是定义必要的常量、宏以及类接口。代码中定义了无符号整型别名 UInt32，以及处理 512 位（64 字节）分组所需的常量。四个非线性逻辑函数 DEF_F 至 DEF_I 以及对应的旋转操作宏 FF、GG 等构成了算法的核心计算单元。

类 Md5Encode 封装了私有静态幻数（如 kA、kB 等初始向量）和公共入口函数 Encode。内部数据结构 ParamDynamic 用于在每轮运算中暂存状态寄存器 ua_ 到 ud_ 的值。

/*
*******************************************************
* brief: md5 encryption
* author: Monkey.Knight
*******************************************************
*/
#ifndef __MD5_ENCODE_H__
#define __MD5_ENCODE_H__
// std
#include <string>
// define
#define UInt32 unsigned int
#define BIT_OF_BYTE  8
#define BIT_OF_GROUP 512
#define SRC_DATA_LEN 64
// 四个非线性函数宏定义
#define DEF_F(X, Y, Z ) ((( (X) & (Y) )|((~X)&(Z))))
#define DEF_G(X, Y, Z)  (((X)&(Z))|((Y)&(~Z)))
#define DEF_H(X, Y, Z)  ((X)^(Y)^(Z))
#define DEF_I(X, Y, Z)  ((Y)^((X)|(~Z)))
// 求链接数函数宏定义
#define FF(a, b, c, d, Mj, s, ti)  (a = b + CycleMoveLeft((a + DEF_F(b,c,d) + Mj + ti),s));
#define GG(a, b, c, d, Mj, s, ti)  (a = b + CycleMoveLeft((a + DEF_G(b,c,d) + Mj + ti),s));
#define HH(a, b, c, d, Mj, s, ti)  (a = b + CycleMoveLeft((a + DEF_H(b,c,d) + Mj + ti),s));
#define II(a, b, c, d, Mj, s, ti)  (a = b + CycleMoveLeft((a + DEF_I(b,c,d) + Mj + ti),s));
class Md5Encode {
public:
    // 4轮循环算法
    struct ParamDynamic{
        UInt32 ua_;
        UInt32 ub_;
        UInt32 uc_;
        UInt32 ud_;
        UInt32 va_last_;
        UInt32 vb_last_;
        UInt32 vc_last_;
        UInt32 vd_last_;
    };
public:
    Md5Encode() {
    }
    std::string Encode(std::string src_info);
protected:
    UInt32 CycleMoveLeft(UInt32 src_num, int bit_num_to_move);
    UInt32 FillData(const char *in_data_ptr, int data_byte_len, char** out_data_ptr);
    void RoundF(char *data_512_ptr, ParamDynamic & param);
    void RoundG(char *data_512_ptr, ParamDynamic & param);
    void RoundH(char *data_512_ptr, ParamDynamic & param);
    void RoundI(char *data_512_ptr, ParamDynamic & param);
    void RotationCalculate(char *data_512_ptr, ParamDynamic & param);
    std::string GetHexStr(unsigned int num_str);
private:
    // 幻数定义
    static const int kA;
    static const int kB;
    static const int kC;
    static const int kD;
    static const unsigned long long k_ti_num_integer;
};
#endif