home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Danny Amor's Online Library / Danny Amor's Online Library - Volume 1.iso / html / rfc / rfcxxxx / rfc1321 < prev    next >
Text File  |  1995-07-25  |  35KB  |  1,180 lines
  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7. Network Working Group                                          R. Rivest
  8. Request for Comments: 1321           MIT Laboratory for Computer Science
  9.                                              and RSA Data Security, Inc.
  10.                                                               April 1992
  11.  
  12.  
  13.                      The MD5 Message-Digest Algorithm
  14.  
  15. Status of this Memo
  16.  
  17.    This memo provides information for the Internet community.  It does
  18.    not specify an Internet standard.  Distribution of this memo is
  19.    unlimited.
  20.  
  21. Acknowlegements
  22.  
  23.    We would like to thank Don Coppersmith, Burt Kaliski, Ralph Merkle,
  24.    David Chaum, and Noam Nisan for numerous helpful comments and
  25.    suggestions.
  26.  
  27. Table of Contents
  28.  
  29.    1. Executive Summary                                                1
  30.    2. Terminology and Notation                                         2
  31.    3. MD5 Algorithm Description                                        3
  32.    4. Summary                                                          6
  33.    5. Differences Between MD4 and MD5                                  6
  34.    References                                                          7
  35.    APPENDIX A - Reference Implementation                               7
  36.    Security Considerations                                            21
  37.    Author's Address                                                   21
  38.  
  39. 1. Executive Summary
  40.  
  41.    This document describes the MD5 message-digest algorithm. The
  42.    algorithm takes as input a message of arbitrary length and produces
  43.    as output a 128-bit "fingerprint" or "message digest" of the input.
  44.    It is conjectured that it is computationally infeasible to produce
  45.    two messages having the same message digest, or to produce any
  46.    message having a given prespecified target message digest. The MD5
  47.    algorithm is intended for digital signature applications, where a
  48.    large file must be "compressed" in a secure manner before being
  49.    encrypted with a private (secret) key under a public-key cryptosystem
  50.    such as RSA.
  51.  
  52.  
  53.  
  54.  
  55.  
  56.  
  57.  
  58. Rivest                                                          [Page 1]
  59.  
  60. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  61.  
  62.  
  63.    The MD5 algorithm is designed to be quite fast on 32-bit machines. In
  64.    addition, the MD5 algorithm does not require any large substitution
  65.    tables; the algorithm can be coded quite compactly.
  66.  
  67.    The MD5 algorithm is an extension of the MD4 message-digest algorithm
  68.    1,2]. MD5 is slightly slower than MD4, but is more "conservative" in
  69.    design. MD5 was designed because it was felt that MD4 was perhaps
  70.    being adopted for use more quickly than justified by the existing
  71.    critical review; because MD4 was designed to be exceptionally fast,
  72.    it is "at the edge" in terms of risking successful cryptanalytic
  73.    attack. MD5 backs off a bit, giving up a little in speed for a much
  74.    greater likelihood of ultimate security. It incorporates some
  75.    suggestions made by various reviewers, and contains additional
  76.    optimizations. The MD5 algorithm is being placed in the public domain
  77.    for review and possible adoption as a standard.
  78.  
  79.    For OSI-based applications, MD5's object identifier is
  80.  
  81.    md5 OBJECT IDENTIFIER ::=
  82.      iso(1) member-body(2) US(840) rsadsi(113549) digestAlgorithm(2) 5}
  83.  
  84.    In the X.509 type AlgorithmIdentifier [3], the parameters for MD5
  85.    should have type NULL.
  86.  
  87. 2. Terminology and Notation
  88.  
  89.    In this document a "word" is a 32-bit quantity and a "byte" is an
  90.    eight-bit quantity. A sequence of bits can be interpreted in a
  91.    natural manner as a sequence of bytes, where each consecutive group
  92.    of eight bits is interpreted as a byte with the high-order (most
  93.    significant) bit of each byte listed first. Similarly, a sequence of
  94.    bytes can be interpreted as a sequence of 32-bit words, where each
  95.    consecutive group of four bytes is interpreted as a word with the
  96.    low-order (least significant) byte given first.
  97.  
  98.    Let x_i denote "x sub i". If the subscript is an expression, we
  99.    surround it in braces, as in x_{i+1}. Similarly, we use ^ for
  100.    superscripts (exponentiation), so that x^i denotes x to the i-th
  101.    power.
  102.  
  103.    Let the symbol "+" denote addition of words (i.e., modulo-2^32
  104.    addition). Let X <<< s denote the 32-bit value obtained by circularly
  105.    shifting (rotating) X left by s bit positions. Let not(X) denote the
  106.    bit-wise complement of X, and let X v Y denote the bit-wise OR of X
  107.    and Y. Let X xor Y denote the bit-wise XOR of X and Y, and let XY
  108.    denote the bit-wise AND of X and Y.
  109.  
  110.  
  111.  
  112.  
  113.  
  114. Rivest                                                          [Page 2]
  115.  
  116. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  117.  
  118.  
  119. 3. MD5 Algorithm Description
  120.  
  121.    We begin by supposing that we have a b-bit message as input, and that
  122.    we wish to find its message digest. Here b is an arbitrary
  123.    nonnegative integer; b may be zero, it need not be a multiple of
  124.    eight, and it may be arbitrarily large. We imagine the bits of the
  125.    message written down as follows:
  126.  
  127.           m_0 m_1 ... m_{b-1}
  128.  
  129.    The following five steps are performed to compute the message digest
  130.    of the message.
  131.  
  132. 3.1 Step 1. Append Padding Bits
  133.  
  134.    The message is "padded" (extended) so that its length (in bits) is
  135.    congruent to 448, modulo 512. That is, the message is extended so
  136.    that it is just 64 bits shy of being a multiple of 512 bits long.
  137.    Padding is always performed, even if the length of the message is
  138.    already congruent to 448, modulo 512.
  139.  
  140.    Padding is performed as follows: a single "1" bit is appended to the
  141.    message, and then "0" bits are appended so that the length in bits of
  142.    the padded message becomes congruent to 448, modulo 512. In all, at
  143.    least one bit and at most 512 bits are appended.
  144.  
  145. 3.2 Step 2. Append Length
  146.  
  147.    A 64-bit representation of b (the length of the message before the
  148.    padding bits were added) is appended to the result of the previous
  149.    step. In the unlikely event that b is greater than 2^64, then only
  150.    the low-order 64 bits of b are used. (These bits are appended as two
  151.    32-bit words and appended low-order word first in accordance with the
  152.    previous conventions.)
  153.  
  154.    At this point the resulting message (after padding with bits and with
  155.    b) has a length that is an exact multiple of 512 bits. Equivalently,
  156.    this message has a length that is an exact multiple of 16 (32-bit)
  157.    words. Let M[0 ... N-1] denote the words of the resulting message,
  158.    where N is a multiple of 16.
  159.  
  160. 3.3 Step 3. Initialize MD Buffer
  161.  
  162.    A four-word buffer (A,B,C,D) is used to compute the message digest.
  163.    Here each of A, B, C, D is a 32-bit register. These registers are
  164.    initialized to the following values in hexadecimal, low-order bytes
  165.    first):
  166.  
  167.  
  168.  
  169.  
  170. Rivest                                                          [Page 3]
  171.  
  172. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  173.  
  174.  
  175.           word A: 01 23 45 67
  176.           word B: 89 ab cd ef
  177.           word C: fe dc ba 98
  178.           word D: 76 54 32 10
  179.  
  180. 3.4 Step 4. Process Message in 16-Word Blocks
  181.  
  182.    We first define four auxiliary functions that each take as input
  183.    three 32-bit words and produce as output one 32-bit word.
  184.  
  185.           F(X,Y,Z) = XY v not(X) Z
  186.           G(X,Y,Z) = XZ v Y not(Z)
  187.           H(X,Y,Z) = X xor Y xor Z
  188.           I(X,Y,Z) = Y xor (X v not(Z))
  189.  
  190.    In each bit position F acts as a conditional: if X then Y else Z.
  191.    The function F could have been defined using + instead of v since XY
  192.    and not(X)Z will never have 1's in the same bit position.) It is
  193.    interesting to note that if the bits of X, Y, and Z are independent
  194.    and unbiased, the each bit of F(X,Y,Z) will be independent and
  195.    unbiased.
  196.  
  197.    The functions G, H, and I are similar to the function F, in that they
  198.    act in "bitwise parallel" to produce their output from the bits of X,
  199.    Y, and Z, in such a manner that if the corresponding bits of X, Y,
  200.    and Z are independent and unbiased, then each bit of G(X,Y,Z),
  201.    H(X,Y,Z), and I(X,Y,Z) will be independent and unbiased. Note that
  202.    the function H is the bit-wise "xor" or "parity" function of its
  203.    inputs.
  204.  
  205.    This step uses a 64-element table T[1 ... 64] constructed from the
  206.    sine function. Let T[i] denote the i-th element of the table, which
  207.    is equal to the integer part of 4294967296 times abs(sin(i)), where i
  208.    is in radians. The elements of the table are given in the appendix.
  209.  
  210.    Do the following:
  211.  
  212.    /* Process each 16-word block. */
  213.    For i = 0 to N/16-1 do
  214.  
  215.      /* Copy block i into X. */
  216.      For j = 0 to 15 do
  217.        Set X[j] to M[i*16+j].
  218.      end /* of loop on j */
  219.  
  220.      /* Save A as AA, B as BB, C as CC, and D as DD. */
  221.      AA = A
  222.      BB = B
  223.  
  224.  
  225.  
  226. Rivest                                                          [Page 4]
  227.  
  228. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  229.  
  230.  
  231.      CC = C
  232.      DD = D
  233.  
  234.      /* Round 1. */
  235.      /* Let [abcd k s i] denote the operation
  236.           a = b + ((a + F(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). */
  237.      /* Do the following 16 operations. */
  238.      [ABCD  0  7  1]  [DABC  1 12  2]  [CDAB  2 17  3]  [BCDA  3 22  4]
  239.      [ABCD  4  7  5]  [DABC  5 12  6]  [CDAB  6 17  7]  [BCDA  7 22  8]
  240.      [ABCD  8  7  9]  [DABC  9 12 10]  [CDAB 10 17 11]  [BCDA 11 22 12]
  241.      [ABCD 12  7 13]  [DABC 13 12 14]  [CDAB 14 17 15]  [BCDA 15 22 16]
  242.  
  243.      /* Round 2. */
  244.      /* Let [abcd k s i] denote the operation
  245.           a = b + ((a + G(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). */
  246.      /* Do the following 16 operations. */
  247.      [ABCD  1  5 17]  [DABC  6  9 18]  [CDAB 11 14 19]  [BCDA  0 20 20]
  248.      [ABCD  5  5 21]  [DABC 10  9 22]  [CDAB 15 14 23]  [BCDA  4 20 24]
  249.      [ABCD  9  5 25]  [DABC 14  9 26]  [CDAB  3 14 27]  [BCDA  8 20 28]
  250.      [ABCD 13  5 29]  [DABC  2  9 30]  [CDAB  7 14 31]  [BCDA 12 20 32]
  251.  
  252.      /* Round 3. */
  253.      /* Let [abcd k s t] denote the operation
  254.           a = b + ((a + H(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). */
  255.      /* Do the following 16 operations. */
  256.      [ABCD  5  4 33]  [DABC  8 11 34]  [CDAB 11 16 35]  [BCDA 14 23 36]
  257.      [ABCD  1  4 37]  [DABC  4 11 38]  [CDAB  7 16 39]  [BCDA 10 23 40]
  258.      [ABCD 13  4 41]  [DABC  0 11 42]  [CDAB  3 16 43]  [BCDA  6 23 44]
  259.      [ABCD  9  4 45]  [DABC 12 11 46]  [CDAB 15 16 47]  [BCDA  2 23 48]
  260.  
  261.      /* Round 4. */
  262.      /* Let [abcd k s t] denote the operation
  263.           a = b + ((a + I(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). */
  264.      /* Do the following 16 operations. */
  265.      [ABCD  0  6 49]  [DABC  7 10 50]  [CDAB 14 15 51]  [BCDA  5 21 52]
  266.      [ABCD 12  6 53]  [DABC  3 10 54]  [CDAB 10 15 55]  [BCDA  1 21 56]
  267.      [ABCD  8  6 57]  [DABC 15 10 58]  [CDAB  6 15 59]  [BCDA 13 21 60]
  268.      [ABCD  4  6 61]  [DABC 11 10 62]  [CDAB  2 15 63]  [BCDA  9 21 64]
  269.  
  270.      /* Then perform the following additions. (That is increment each
  271.         of the four registers by the value it had before this block
  272.         was started.) */
  273.      A = A + AA
  274.      B = B + BB
  275.      C = C + CC
  276.      D = D + DD
  277.  
  278.    end /* of loop on i */
  279.  
  280.  
  281.  
  282. Rivest                                                          [Page 5]
  283.  
  284. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  285.  
  286.  
  287. 3.5 Step 5. Output
  288.  
  289.    The message digest produced as output is A, B, C, D. That is, we
  290.    begin with the low-order byte of A, and end with the high-order byte
  291.    of D.
  292.  
  293.    This completes the description of MD5. A reference implementation in
  294.    C is given in the appendix.
  295.  
  296. 4. Summary
  297.  
  298.    The MD5 message-digest algorithm is simple to implement, and provides
  299.    a "fingerprint" or message digest of a message of arbitrary length.
  300.    It is conjectured that the difficulty of coming up with two messages
  301.    having the same message digest is on the order of 2^64 operations,
  302.    and that the difficulty of coming up with any message having a given
  303.    message digest is on the order of 2^128 operations. The MD5 algorithm
  304.    has been carefully scrutinized for weaknesses. It is, however, a
  305.    relatively new algorithm and further security analysis is of course
  306.    justified, as is the case with any new proposal of this sort.
  307.  
  308. 5. Differences Between MD4 and MD5
  309.  
  310.      The following are the differences between MD4 and MD5:
  311.  
  312.        1.   A fourth round has been added.
  313.  
  314.        2.   Each step now has a unique additive constant.
  315.  
  316.        3.   The function g in round 2 was changed from (XY v XZ v YZ) to
  317.        (XZ v Y not(Z)) to make g less symmetric.
  318.  
  319.        4.   Each step now adds in the result of the previous step.  This
  320.        promotes a faster "avalanche effect".
  321.  
  322.        5.   The order in which input words are accessed in rounds 2 and
  323.        3 is changed, to make these patterns less like each other.
  324.  
  325.        6.   The shift amounts in each round have been approximately
  326.        optimized, to yield a faster "avalanche effect." The shifts in
  327.        different rounds are distinct.
  328.  
  329.  
  330.  
  331.  
  332.  
  333.  
  334.  
  335.  
  336.  
  337.  
  338. Rivest                                                          [Page 6]
  339.  
  340. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  341.  
  342.  
  343. References
  344.  
  345.    [1] Rivest, R., "The MD4 Message Digest Algorithm", RFC 1320, MIT and
  346.        RSA Data Security, Inc., April 1992.
  347.  
  348.    [2] Rivest, R., "The MD4 message digest algorithm", in A.J.  Menezes
  349.        and S.A. Vanstone, editors, Advances in Cryptology - CRYPTO '90
  350.        Proceedings, pages 303-311, Springer-Verlag, 1991.
  351.  
  352.    [3] CCITT Recommendation X.509 (1988), "The Directory -
  353.        Authentication Framework."
  354.  
  355. APPENDIX A - Reference Implementation
  356.  
  357.    This appendix contains the following files taken from RSAREF: A
  358.    Cryptographic Toolkit for Privacy-Enhanced Mail:
  359.  
  360.      global.h -- global header file
  361.  
  362.      md5.h -- header file for MD5
  363.  
  364.      md5c.c -- source code for MD5
  365.  
  366.    For more information on RSAREF, send email to <rsaref@rsa.com>.
  367.  
  368.    The appendix also includes the following file:
  369.  
  370.      mddriver.c -- test driver for MD2, MD4 and MD5
  371.  
  372.    The driver compiles for MD5 by default but can compile for MD2 or MD4
  373.    if the symbol MD is defined on the C compiler command line as 2 or 4.
  374.  
  375.    The implementation is portable and should work on many different
  376.    plaforms. However, it is not difficult to optimize the implementation
  377.    on particular platforms, an exercise left to the reader. For example,
  378.    on "little-endian" platforms where the lowest-addressed byte in a 32-
  379.    bit word is the least significant and there are no alignment
  380.    restrictions, the call to Decode in MD5Transform can be replaced with
  381.    a typecast.
  382.  
  383. A.1 global.h
  384.  
  385. /* GLOBAL.H - RSAREF types and constants
  386.  */
  387.  
  388. /* PROTOTYPES should be set to one if and only if the compiler supports
  389.   function argument prototyping.
  390. The following makes PROTOTYPES default to 0 if it has not already
  391.  
  392.  
  393.  
  394. Rivest                                                          [Page 7]
  395.  
  396. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  397.  
  398.  
  399.   been defined with C compiler flags.
  400.  */
  401. #ifndef PROTOTYPES
  402. #define PROTOTYPES 0
  403. #endif
  404.  
  405. /* POINTER defines a generic pointer type */
  406. typedef unsigned char *POINTER;
  407.  
  408. /* UINT2 defines a two byte word */
  409. typedef unsigned short int UINT2;
  410.  
  411. /* UINT4 defines a four byte word */
  412. typedef unsigned long int UINT4;
  413.  
  414. /* PROTO_LIST is defined depending on how PROTOTYPES is defined above.
  415. If using PROTOTYPES, then PROTO_LIST returns the list, otherwise it
  416.   returns an empty list.
  417.  */
  418. #if PROTOTYPES
  419. #define PROTO_LIST(list) list
  420. #else
  421. #define PROTO_LIST(list) ()
  422. #endif
  423.  
  424. A.2 md5.h
  425.  
  426. /* MD5.H - header file for MD5C.C
  427.  */
  428.  
  429. /* Copyright (C) 1991-2, RSA Data Security, Inc. Created 1991. All
  430. rights reserved.
  431.  
  432. License to copy and use this software is granted provided that it
  433. is identified as the "RSA Data Security, Inc. MD5 Message-Digest
  434. Algorithm" in all material mentioning or referencing this software
  435. or this function.
  436.  
  437. License is also granted to make and use derivative works provided
  438. that such works are identified as "derived from the RSA Data
  439. Security, Inc. MD5 Message-Digest Algorithm" in all material
  440. mentioning or referencing the derived work.
  441.  
  442. RSA Data Security, Inc. makes no representations concerning either
  443. the merchantability of this software or the suitability of this
  444. software for any particular purpose. It is provided "as is"
  445. without express or implied warranty of any kind.
  446.  
  447.  
  448.  
  449.  
  450. Rivest                                                          [Page 8]
  451.  
  452. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  453.  
  454.  
  455. These notices must be retained in any copies of any part of this
  456. documentation and/or software.
  457.  */
  458.  
  459. /* MD5 context. */
  460. typedef struct {
  461.   UINT4 state[4];                                   /* state (ABCD) */
  462.   UINT4 count[2];        /* number of bits, modulo 2^64 (lsb first) */
  463.   unsigned char buffer[64];                         /* input buffer */
  464. } MD5_CTX;
  465.  
  466. void MD5Init PROTO_LIST ((MD5_CTX *));
  467. void MD5Update PROTO_LIST
  468.   ((MD5_CTX *, unsigned char *, unsigned int));
  469. void MD5Final PROTO_LIST ((unsigned char [16], MD5_CTX *));
  470.  
  471. A.3 md5c.c
  472.  
  473. /* MD5C.C - RSA Data Security, Inc., MD5 message-digest algorithm
  474.  */
  475.  
  476. /* Copyright (C) 1991-2, RSA Data Security, Inc. Created 1991. All
  477. rights reserved.
  478.  
  479. License to copy and use this software is granted provided that it
  480. is identified as the "RSA Data Security, Inc. MD5 Message-Digest
  481. Algorithm" in all material mentioning or referencing this software
  482. or this function.
  483.  
  484. License is also granted to make and use derivative works provided
  485. that such works are identified as "derived from the RSA Data
  486. Security, Inc. MD5 Message-Digest Algorithm" in all material
  487. mentioning or referencing the derived work.
  488.  
  489. RSA Data Security, Inc. makes no representations concerning either
  490. the merchantability of this software or the suitability of this
  491. software for any particular purpose. It is provided "as is"
  492. without express or implied warranty of any kind.
  493.  
  494. These notices must be retained in any copies of any part of this
  495. documentation and/or software.
  496.  */
  497.  
  498. #include "global.h"
  499. #include "md5.h"
  500.  
  501. /* Constants for MD5Transform routine.
  502.  */
  503.  
  504.  
  505.  
  506. Rivest                                                          [Page 9]
  507.  
  508. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  509.  
  510.  
  511. #define S11 7
  512. #define S12 12
  513. #define S13 17
  514. #define S14 22
  515. #define S21 5
  516. #define S22 9
  517. #define S23 14
  518. #define S24 20
  519. #define S31 4
  520. #define S32 11
  521. #define S33 16
  522. #define S34 23
  523. #define S41 6
  524. #define S42 10
  525. #define S43 15
  526. #define S44 21
  527.  
  528. static void MD5Transform PROTO_LIST ((UINT4 [4], unsigned char [64]));
  529. static void Encode PROTO_LIST
  530.   ((unsigned char *, UINT4 *, unsigned int));
  531. static void Decode PROTO_LIST
  532.   ((UINT4 *, unsigned char *, unsigned int));
  533. static void MD5_memcpy PROTO_LIST ((POINTER, POINTER, unsigned int));
  534. static void MD5_memset PROTO_LIST ((POINTER, int, unsigned int));
  535.  
  536. static unsigned char PADDING[64] = {
  537.   0x80, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
  538.   0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
  539.   0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
  540. };
  541.  
  542. /* F, G, H and I are basic MD5 functions.
  543.  */
  544. #define F(x, y, z) (((x) & (y)) | ((~x) & (z)))
  545. #define G(x, y, z) (((x) & (z)) | ((y) & (~z)))
  546. #define H(x, y, z) ((x) ^ (y) ^ (z))
  547. #define I(x, y, z) ((y) ^ ((x) | (~z)))
  548.  
  549. /* ROTATE_LEFT rotates x left n bits.
  550.  */
  551. #define ROTATE_LEFT(x, n) (((x) << (n)) | ((x) >> (32-(n))))
  552.  
  553. /* FF, GG, HH, and II transformations for rounds 1, 2, 3, and 4.
  554. Rotation is separate from addition to prevent recomputation.
  555.  */
  556. #define FF(a, b, c, d, x, s, ac) { \
  557.  (a) += F ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac); \
  558.  (a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); \
  559.  
  560.  
  561.  
  562. Rivest                                                         [Page 10]
  563.  
  564. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  565.  
  566.  
  567.  (a) += (b); \
  568.   }
  569. #define GG(a, b, c, d, x, s, ac) { \
  570.  (a) += G ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac); \
  571.  (a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); \
  572.  (a) += (b); \
  573.   }
  574. #define HH(a, b, c, d, x, s, ac) { \
  575.  (a) += H ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac); \
  576.  (a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); \
  577.  (a) += (b); \
  578.   }
  579. #define II(a, b, c, d, x, s, ac) { \
  580.  (a) += I ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac); \
  581.  (a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); \
  582.  (a) += (b); \
  583.   }
  584.  
  585. /* MD5 initialization. Begins an MD5 operation, writing a new context.
  586.  */
  587. void MD5Init (context)
  588. MD5_CTX *context;                                        /* context */
  589. {
  590.   context->count[0] = context->count[1] = 0;
  591.   /* Load magic initialization constants.
  592. */
  593.   context->state[0] = 0x67452301;
  594.   context->state[1] = 0xefcdab89;
  595.   context->state[2] = 0x98badcfe;
  596.   context->state[3] = 0x10325476;
  597. }
  598.  
  599. /* MD5 block update operation. Continues an MD5 message-digest
  600.   operation, processing another message block, and updating the
  601.   context.
  602.  */
  603. void MD5Update (context, input, inputLen)
  604. MD5_CTX *context;                                        /* context */
  605. unsigned char *input;                                /* input block */
  606. unsigned int inputLen;                     /* length of input block */
  607. {
  608.   unsigned int i, index, partLen;
  609.  
  610.   /* Compute number of bytes mod 64 */
  611.   index = (unsigned int)((context->count[0] >> 3) & 0x3F);
  612.  
  613.   /* Update number of bits */
  614.   if ((context->count[0] += ((UINT4)inputLen << 3))
  615.  
  616.  
  617.  
  618. Rivest                                                         [Page 11]
  619.  
  620. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  621.  
  622.  
  623.    < ((UINT4)inputLen << 3))
  624.  context->count[1]++;
  625.   context->count[1] += ((UINT4)inputLen >> 29);
  626.  
  627.   partLen = 64 - index;
  628.  
  629.   /* Transform as many times as possible.
  630. */
  631.   if (inputLen >= partLen) {
  632.  MD5_memcpy
  633.    ((POINTER)&context->buffer[index], (POINTER)input, partLen);
  634.  MD5Transform (context->state, context->buffer);
  635.  
  636.  for (i = partLen; i + 63 < inputLen; i += 64)
  637.    MD5Transform (context->state, &input[i]);
  638.  
  639.  index = 0;
  640.   }
  641.   else
  642.  i = 0;
  643.  
  644.   /* Buffer remaining input */
  645.   MD5_memcpy
  646.  ((POINTER)&context->buffer[index], (POINTER)&input[i],
  647.   inputLen-i);
  648. }
  649.  
  650. /* MD5 finalization. Ends an MD5 message-digest operation, writing the
  651.   the message digest and zeroizing the context.
  652.  */
  653. void MD5Final (digest, context)
  654. unsigned char digest[16];                         /* message digest */
  655. MD5_CTX *context;                                       /* context */
  656. {
  657.   unsigned char bits[8];
  658.   unsigned int index, padLen;
  659.  
  660.   /* Save number of bits */
  661.   Encode (bits, context->count, 8);
  662.  
  663.   /* Pad out to 56 mod 64.
  664. */
  665.   index = (unsigned int)((context->count[0] >> 3) & 0x3f);
  666.   padLen = (index < 56) ? (56 - index) : (120 - index);
  667.   MD5Update (context, PADDING, padLen);
  668.  
  669.   /* Append length (before padding) */
  670.   MD5Update (context, bits, 8);
  671.  
  672.  
  673.  
  674. Rivest                                                         [Page 12]
  675.  
  676. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  677.  
  678.  
  679.   /* Store state in digest */
  680.   Encode (digest, context->state, 16);
  681.  
  682.   /* Zeroize sensitive information.
  683. */
  684.   MD5_memset ((POINTER)context, 0, sizeof (*context));
  685. }
  686.  
  687. /* MD5 basic transformation. Transforms state based on block.
  688.  */
  689. static void MD5Transform (state, block)
  690. UINT4 state[4];
  691. unsigned char block[64];
  692. {
  693.   UINT4 a = state[0], b = state[1], c = state[2], d = state[3], x[16];
  694.  
  695.   Decode (x, block, 64);
  696.  
  697.   /* Round 1 */
  698.   FF (a, b, c, d, x[ 0], S11, 0xd76aa478); /* 1 */
  699.   FF (d, a, b, c, x[ 1], S12, 0xe8c7b756); /* 2 */
  700.   FF (c, d, a, b, x[ 2], S13, 0x242070db); /* 3 */
  701.   FF (b, c, d, a, x[ 3], S14, 0xc1bdceee); /* 4 */
  702.   FF (a, b, c, d, x[ 4], S11, 0xf57c0faf); /* 5 */
  703.   FF (d, a, b, c, x[ 5], S12, 0x4787c62a); /* 6 */
  704.   FF (c, d, a, b, x[ 6], S13, 0xa8304613); /* 7 */
  705.   FF (b, c, d, a, x[ 7], S14, 0xfd469501); /* 8 */
  706.   FF (a, b, c, d, x[ 8], S11, 0x698098d8); /* 9 */
  707.   FF (d, a, b, c, x[ 9], S12, 0x8b44f7af); /* 10 */
  708.   FF (c, d, a, b, x[10], S13, 0xffff5bb1); /* 11 */
  709.   FF (b, c, d, a, x[11], S14, 0x895cd7be); /* 12 */
  710.   FF (a, b, c, d, x[12], S11, 0x6b901122); /* 13 */
  711.   FF (d, a, b, c, x[13], S12, 0xfd987193); /* 14 */
  712.   FF (c, d, a, b, x[14], S13, 0xa679438e); /* 15 */
  713.   FF (b, c, d, a, x[15], S14, 0x49b40821); /* 16 */
  714.  
  715.  /* Round 2 */
  716.   GG (a, b, c, d, x[ 1], S21, 0xf61e2562); /* 17 */
  717.   GG (d, a, b, c, x[ 6], S22, 0xc040b340); /* 18 */
  718.   GG (c, d, a, b, x[11], S23, 0x265e5a51); /* 19 */
  719.   GG (b, c, d, a, x[ 0], S24, 0xe9b6c7aa); /* 20 */
  720.   GG (a, b, c, d, x[ 5], S21, 0xd62f105d); /* 21 */
  721.   GG (d, a, b, c, x[10], S22,  0x2441453); /* 22 */
  722.   GG (c, d, a, b, x[15], S23, 0xd8a1e681); /* 23 */
  723.   GG (b, c, d, a, x[ 4], S24, 0xe7d3fbc8); /* 24 */
  724.   GG (a, b, c, d, x[ 9], S21, 0x21e1cde6); /* 25 */
  725.   GG (d, a, b, c, x[14], S22, 0xc33707d6); /* 26 */
  726.   GG (c, d, a, b, x[ 3], S23, 0xf4d50d87); /* 27 */
  727.  
  728.  
  729.  
  730. Rivest                                                         [Page 13]
  731.  
  732. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  733.  
  734.  
  735.   GG (b, c, d, a, x[ 8], S24, 0x455a14ed); /* 28 */
  736.   GG (a, b, c, d, x[13], S21, 0xa9e3e905); /* 29 */
  737.   GG (d, a, b, c, x[ 2], S22, 0xfcefa3f8); /* 30 */
  738.   GG (c, d, a, b, x[ 7], S23, 0x676f02d9); /* 31 */
  739.   GG (b, c, d, a, x[12], S24, 0x8d2a4c8a); /* 32 */
  740.  
  741.   /* Round 3 */
  742.   HH (a, b, c, d, x[ 5], S31, 0xfffa3942); /* 33 */
  743.   HH (d, a, b, c, x[ 8], S32, 0x8771f681); /* 34 */
  744.   HH (c, d, a, b, x[11], S33, 0x6d9d6122); /* 35 */
  745.   HH (b, c, d, a, x[14], S34, 0xfde5380c); /* 36 */
  746.   HH (a, b, c, d, x[ 1], S31, 0xa4beea44); /* 37 */
  747.   HH (d, a, b, c, x[ 4], S32, 0x4bdecfa9); /* 38 */
  748.   HH (c, d, a, b, x[ 7], S33, 0xf6bb4b60); /* 39 */
  749.   HH (b, c, d, a, x[10], S34, 0xbebfbc70); /* 40 */
  750.   HH (a, b, c, d, x[13], S31, 0x289b7ec6); /* 41 */
  751.   HH (d, a, b, c, x[ 0], S32, 0xeaa127fa); /* 42 */
  752.   HH (c, d, a, b, x[ 3], S33, 0xd4ef3085); /* 43 */
  753.   HH (b, c, d, a, x[ 6], S34,  0x4881d05); /* 44 */
  754.   HH (a, b, c, d, x[ 9], S31, 0xd9d4d039); /* 45 */
  755.   HH (d, a, b, c, x[12], S32, 0xe6db99e5); /* 46 */
  756.   HH (c, d, a, b, x[15], S33, 0x1fa27cf8); /* 47 */
  757.   HH (b, c, d, a, x[ 2], S34, 0xc4ac5665); /* 48 */
  758.  
  759.   /* Round 4 */
  760.   II (a, b, c, d, x[ 0], S41, 0xf4292244); /* 49 */
  761.   II (d, a, b, c, x[ 7], S42, 0x432aff97); /* 50 */
  762.   II (c, d, a, b, x[14], S43, 0xab9423a7); /* 51 */
  763.   II (b, c, d, a, x[ 5], S44, 0xfc93a039); /* 52 */
  764.   II (a, b, c, d, x[12], S41, 0x655b59c3); /* 53 */
  765.   II (d, a, b, c, x[ 3], S42, 0x8f0ccc92); /* 54 */
  766.   II (c, d, a, b, x[10], S43, 0xffeff47d); /* 55 */
  767.   II (b, c, d, a, x[ 1], S44, 0x85845dd1); /* 56 */
  768.   II (a, b, c, d, x[ 8], S41, 0x6fa87e4f); /* 57 */
  769.   II (d, a, b, c, x[15], S42, 0xfe2ce6e0); /* 58 */
  770.   II (c, d, a, b, x[ 6], S43, 0xa3014314); /* 59 */
  771.   II (b, c, d, a, x[13], S44, 0x4e0811a1); /* 60 */
  772.   II (a, b, c, d, x[ 4], S41, 0xf7537e82); /* 61 */
  773.   II (d, a, b, c, x[11], S42, 0xbd3af235); /* 62 */
  774.   II (c, d, a, b, x[ 2], S43, 0x2ad7d2bb); /* 63 */
  775.   II (b, c, d, a, x[ 9], S44, 0xeb86d391); /* 64 */
  776.  
  777.   state[0] += a;
  778.   state[1] += b;
  779.   state[2] += c;
  780.   state[3] += d;
  781.  
  782.   /* Zeroize sensitive information.
  783.  
  784.  
  785.  
  786. Rivest                                                         [Page 14]
  787.  
  788. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  789.  
  790.  
  791. */
  792.   MD5_memset ((POINTER)x, 0, sizeof (x));
  793. }
  794.  
  795. /* Encodes input (UINT4) into output (unsigned char). Assumes len is
  796.   a multiple of 4.
  797.  */
  798. static void Encode (output, input, len)
  799. unsigned char *output;
  800. UINT4 *input;
  801. unsigned int len;
  802. {
  803.   unsigned int i, j;
  804.  
  805.   for (i = 0, j = 0; j < len; i++, j += 4) {
  806.  output[j] = (unsigned char)(input[i] & 0xff);
  807.  output[j+1] = (unsigned char)((input[i] >> 8) & 0xff);
  808.  output[j+2] = (unsigned char)((input[i] >> 16) & 0xff);
  809.  output[j+3] = (unsigned char)((input[i] >> 24) & 0xff);
  810.   }
  811. }
  812.  
  813. /* Decodes input (unsigned char) into output (UINT4). Assumes len is
  814.   a multiple of 4.
  815.  */
  816. static void Decode (output, input, len)
  817. UINT4 *output;
  818. unsigned char *input;
  819. unsigned int len;
  820. {
  821.   unsigned int i, j;
  822.  
  823.   for (i = 0, j = 0; j < len; i++, j += 4)
  824.  output[i] = ((UINT4)input[j]) | (((UINT4)input[j+1]) << 8) |
  825.    (((UINT4)input[j+2]) << 16) | (((UINT4)input[j+3]) << 24);
  826. }
  827.  
  828. /* Note: Replace "for loop" with standard memcpy if possible.
  829.  */
  830.  
  831. static void MD5_memcpy (output, input, len)
  832. POINTER output;
  833. POINTER input;
  834. unsigned int len;
  835. {
  836.   unsigned int i;
  837.  
  838.   for (i = 0; i < len; i++)
  839.  
  840.  
  841.  
  842. Rivest                                                         [Page 15]
  843.  
  844. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  845.  
  846.  
  847.  output[i] = input[i];
  848. }
  849.  
  850. /* Note: Replace "for loop" with standard memset if possible.
  851.  */
  852. static void MD5_memset (output, value, len)
  853. POINTER output;
  854. int value;
  855. unsigned int len;
  856. {
  857.   unsigned int i;
  858.  
  859.   for (i = 0; i < len; i++)
  860.  ((char *)output)[i] = (char)value;
  861. }
  862.  
  863. A.4 mddriver.c
  864.  
  865. /* MDDRIVER.C - test driver for MD2, MD4 and MD5
  866.  */
  867.  
  868. /* Copyright (C) 1990-2, RSA Data Security, Inc. Created 1990. All
  869. rights reserved.
  870.  
  871. RSA Data Security, Inc. makes no representations concerning either
  872. the merchantability of this software or the suitability of this
  873. software for any particular purpose. It is provided "as is"
  874. without express or implied warranty of any kind.
  875.  
  876. These notices must be retained in any copies of any part of this
  877. documentation and/or software.
  878.  */
  879.  
  880. /* The following makes MD default to MD5 if it has not already been
  881.   defined with C compiler flags.
  882.  */
  883. #ifndef MD
  884. #define MD MD5
  885. #endif
  886.  
  887. #include <stdio.h>
  888. #include <time.h>
  889. #include <string.h>
  890. #include "global.h"
  891. #if MD == 2
  892. #include "md2.h"
  893. #endif
  894. #if MD == 4
  895.  
  896.  
  897.  
  898. Rivest                                                         [Page 16]
  899.  
  900. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  901.  
  902.  
  903. #include "md4.h"
  904. #endif
  905. #if MD == 5
  906. #include "md5.h"
  907. #endif
  908.  
  909. /* Length of test block, number of test blocks.
  910.  */
  911. #define TEST_BLOCK_LEN 1000
  912. #define TEST_BLOCK_COUNT 1000
  913.  
  914. static void MDString PROTO_LIST ((char *));
  915. static void MDTimeTrial PROTO_LIST ((void));
  916. static void MDTestSuite PROTO_LIST ((void));
  917. static void MDFile PROTO_LIST ((char *));
  918. static void MDFilter PROTO_LIST ((void));
  919. static void MDPrint PROTO_LIST ((unsigned char [16]));
  920.  
  921. #if MD == 2
  922. #define MD_CTX MD2_CTX
  923. #define MDInit MD2Init
  924. #define MDUpdate MD2Update
  925. #define MDFinal MD2Final
  926. #endif
  927. #if MD == 4
  928. #define MD_CTX MD4_CTX
  929. #define MDInit MD4Init
  930. #define MDUpdate MD4Update
  931. #define MDFinal MD4Final
  932. #endif
  933. #if MD == 5
  934. #define MD_CTX MD5_CTX
  935. #define MDInit MD5Init
  936. #define MDUpdate MD5Update
  937. #define MDFinal MD5Final
  938. #endif
  939.  
  940. /* Main driver.
  941.  
  942. Arguments (may be any combination):
  943.   -sstring - digests string
  944.   -t       - runs time trial
  945.   -x       - runs test script
  946.   filename - digests file
  947.   (none)   - digests standard input
  948.  */
  949. int main (argc, argv)
  950. int argc;
  951.  
  952.  
  953.  
  954. Rivest                                                         [Page 17]
  955.  
  956. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  957.  
  958.  
  959. char *argv[];
  960. {
  961.   int i;
  962.  
  963.   if (argc > 1)
  964.  for (i = 1; i < argc; i++)
  965.    if (argv[i][0] == '-' && argv[i][1] == 's')
  966.      MDString (argv[i] + 2);
  967.    else if (strcmp (argv[i], "-t") == 0)
  968.      MDTimeTrial ();
  969.    else if (strcmp (argv[i], "-x") == 0)
  970.      MDTestSuite ();
  971.    else
  972.      MDFile (argv[i]);
  973.   else
  974.  MDFilter ();
  975.  
  976.   return (0);
  977. }
  978.  
  979. /* Digests a string and prints the result.
  980.  */
  981. static void MDString (string)
  982. char *string;
  983. {
  984.   MD_CTX context;
  985.   unsigned char digest[16];
  986.   unsigned int len = strlen (string);
  987.  
  988.   MDInit (&context);
  989.   MDUpdate (&context, string, len);
  990.   MDFinal (digest, &context);
  991.  
  992.   printf ("MD%d (\"%s\") = ", MD, string);
  993.   MDPrint (digest);
  994.   printf ("\n");
  995. }
  996.  
  997. /* Measures the time to digest TEST_BLOCK_COUNT TEST_BLOCK_LEN-byte
  998.   blocks.
  999.  */
  1000. static void MDTimeTrial ()
  1001. {
  1002.   MD_CTX context;
  1003.   time_t endTime, startTime;
  1004.   unsigned char block[TEST_BLOCK_LEN], digest[16];
  1005.   unsigned int i;
  1006.  
  1007.  
  1008.  
  1009.  
  1010. Rivest                                                         [Page 18]
  1011.  
  1012. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  1013.  
  1014.  
  1015.   printf
  1016.  ("MD%d time trial. Digesting %d %d-byte blocks ...", MD,
  1017.   TEST_BLOCK_LEN, TEST_BLOCK_COUNT);
  1018.  
  1019.   /* Initialize block */
  1020.   for (i = 0; i < TEST_BLOCK_LEN; i++)
  1021.  block[i] = (unsigned char)(i & 0xff);
  1022.  
  1023.   /* Start timer */
  1024.   time (&startTime);
  1025.  
  1026.   /* Digest blocks */
  1027.   MDInit (&context);
  1028.   for (i = 0; i < TEST_BLOCK_COUNT; i++)
  1029.  MDUpdate (&context, block, TEST_BLOCK_LEN);
  1030.   MDFinal (digest, &context);
  1031.  
  1032.   /* Stop timer */
  1033.   time (&endTime);
  1034.  
  1035.   printf (" done\n");
  1036.   printf ("Digest = ");
  1037.   MDPrint (digest);
  1038.   printf ("\nTime = %ld seconds\n", (long)(endTime-startTime));
  1039.   printf
  1040.  ("Speed = %ld bytes/second\n",
  1041.   (long)TEST_BLOCK_LEN * (long)TEST_BLOCK_COUNT/(endTime-startTime));
  1042. }
  1043.  
  1044. /* Digests a reference suite of strings and prints the results.
  1045.  */
  1046. static void MDTestSuite ()
  1047. {
  1048.   printf ("MD%d test suite:\n", MD);
  1049.  
  1050.   MDString ("");
  1051.   MDString ("a");
  1052.   MDString ("abc");
  1053.   MDString ("message digest");
  1054.   MDString ("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz");
  1055.   MDString
  1056.  ("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789");
  1057.   MDString
  1058.  ("1234567890123456789012345678901234567890\
  1059. 1234567890123456789012345678901234567890");
  1060. }
  1061.  
  1062. /* Digests a file and prints the result.
  1063.  
  1064.  
  1065.  
  1066. Rivest                                                         [Page 19]
  1067.  
  1068. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  1069.  
  1070.  
  1071.  */
  1072. static void MDFile (filename)
  1073. char *filename;
  1074. {
  1075.   FILE *file;
  1076.   MD_CTX context;
  1077.   int len;
  1078.   unsigned char buffer[1024], digest[16];
  1079.  
  1080.   if ((file = fopen (filename, "rb")) == NULL)
  1081.  printf ("%s can't be opened\n", filename);
  1082.  
  1083.   else {
  1084.  MDInit (&context);
  1085.  while (len = fread (buffer, 1, 1024, file))
  1086.    MDUpdate (&context, buffer, len);
  1087.  MDFinal (digest, &context);
  1088.  
  1089.  fclose (file);
  1090.  
  1091.  printf ("MD%d (%s) = ", MD, filename);
  1092.  MDPrint (digest);
  1093.  printf ("\n");
  1094.   }
  1095. }
  1096.  
  1097. /* Digests the standard input and prints the result.
  1098.  */
  1099. static void MDFilter ()
  1100. {
  1101.   MD_CTX context;
  1102.   int len;
  1103.   unsigned char buffer[16], digest[16];
  1104.  
  1105.   MDInit (&context);
  1106.   while (len = fread (buffer, 1, 16, stdin))
  1107.  MDUpdate (&context, buffer, len);
  1108.   MDFinal (digest, &context);
  1109.  
  1110.   MDPrint (digest);
  1111.   printf ("\n");
  1112. }
  1113.  
  1114. /* Prints a message digest in hexadecimal.
  1115.  */
  1116. static void MDPrint (digest)
  1117. unsigned char digest[16];
  1118. {
  1119.  
  1120.  
  1121.  
  1122. Rivest                                                         [Page 20]
  1123.  
  1124. RFC 1321              MD5 Message-Digest Algorithm            April 1992
  1125.  
  1126.  
  1127.   unsigned int i;
  1128.  
  1129.   for (i = 0; i < 16; i++)
  1130.  printf ("%02x", digest[i]);
  1131. }
  1132.  
  1133. A.5 Test suite
  1134.  
  1135.    The MD5 test suite (driver option "-x") should print the following
  1136.    results:
  1137.  
  1138. MD5 test suite:
  1139. MD5 ("") = d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e
  1140. MD5 ("a") = 0cc175b9c0f1b6a831c399e269772661
  1141. MD5 ("abc") = 900150983cd24fb0d6963f7d28e17f72
  1142. MD5 ("message digest") = f96b697d7cb7938d525a2f31aaf161d0
  1143. MD5 ("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz") = c3fcd3d76192e4007dfb496cca67e13b
  1144. MD5 ("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789") =
  1145. d174ab98d277d9f5a5611c2c9f419d9f
  1146. MD5 ("123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456
  1147. 78901234567890") = 57edf4a22be3c955ac49da2e2107b67a
  1148.  
  1149. Security Considerations
  1150.  
  1151.    The level of security discussed in this memo is considered to be
  1152.    sufficient for implementing very high security hybrid digital-
  1153.    signature schemes based on MD5 and a public-key cryptosystem.
  1154.  
  1155. Author's Address
  1156.  
  1157.    Ronald L. Rivest
  1158.    Massachusetts Institute of Technology
  1159.    Laboratory for Computer Science
  1160.    NE43-324
  1161.    545 Technology Square
  1162.    Cambridge, MA  02139-1986
  1163.  
  1164.    Phone: (617) 253-5880
  1165.    EMail: rivest@theory.lcs.mit.edu
  1166.  
  1167.  
  1168.  
  1169.  
  1170.  
  1171.  
  1172.  
  1173.  
  1174.  
  1175.  
  1176.  
  1177.  
  1178. Rivest                                                         [Page 21]
  1179.  
  1180.