毕业设计（论文）-基于MD5算法在电子商务平台的应用.doc

基于MD5算法在电子商务平台的应用学生姓名 学生专业 学生年级 指导教师 指导时间： 年 月 日 年 月 日广东科技学院教务处制基于MD5算法在电子商务平台的应用摘要 步入知识经济时代后，电子商务以其绿色无污染的特征而备受世界各国青睐。MD5算法的广泛使用，对电子商务平台信息完整性做出保护，在一定程度上推动了电子商务产业的进一步发展。为此，本文首先对MD5算法作一概述，重点分析其概念、特点以及基本原理，随后针对MD5算法在电子商务平台中应用的必要性进行论述，为其应用奠定理论基础。在最后一章中本文着重分析了MD5算法在电子商务平台的具体应用方式，以为后续研究提供帮助及支持。关键词 电子商务 消息摘要算法 一致性验证 数字证书 安全访问认证Based on the MD5 algorithm in the application of e-commerce platformAbstract After enters the knowledge economy era, electronic commerce with its green pollution-free characteristics, and the countries of the world. The wide use of the MD5 algorithm, to protect e-commerce platform information integrity, to a certain extent, promote the further development of the e-commerce industry. To this end, this paper first give an overview of the MD5 algorithm, focuses on analyzing the concept, characteristics and basic principle, then for the MD5 algorithm, the essay discusses the necessity of the application in the e-commerce platform and lay a theoretical foundation for its application. In the final chapter of this article analyzed emphatically the MD5 algorithm in the application of the e-commerce platform, for further study to provide help and support. Keywords Electronic commercet The message digest algorithms Consistency verification A digital certificate Security access authentication目 录摘 要IAbstract.I前 言11 MD5算法的概念及特点21.1 MD5算法的概念21.2 MD5算法特点21.2.1可压缩性21.2.2易计算性21.2.3抗修改性31.2.4弱抗碰撞性32 MD5算法的基本原理42.1填充42.2长度添加42.3输入划分52.4链接变量的初始化52.5处理快53 MD5算法在电子商务平台中应用的必要性93.1 MD5算法的应用是网络安全交易的重要保障93.2 MD5算法的应用是完善电子商务平台的有效措施94 MD5算法在电子商务平台中的应用114.1一致性验证114.2 数字证书114.3 安全访问认证12结 论13参考文献14致 谢15I前 言步入知识经济时代后，绿色环保理念逐渐深入人心，而电子商务作为一种依托于互联网儿兴起以商品交换为主要经营内容的商务活动，在人们日常生活中发挥的作用与日俱增。而随着电子商务范围的进一步扩大，其存在的信息完整性安全问题日益凸显，特别是在互联网科技发达的今天，黑客技术已经严重威胁到电子商务的正常运营。如何提高电子商务平台运营安全系数，保证商品交易过程中的信息完整性以为消费者营造一个安全、放心的网络购物环境成为当前研究领域的重要课题之一。而目前我国学术界对于MD5算法与电子商务平台的结合应用研究相关资料较少，尚未形成一个完善的理论研究体系，使得当前既有研究成果并不具有普遍指导意义。为此，本文采用文献分析法对前人既有研究成果进行系统分析，总结当前研究存在的不足之处，并以此为鉴杜绝相关问题在本论文撰写中再次出现，使得研究内容更加均衡、全面。因而本文将首先从MD5算法的概念及特点作为文章切入点，深入分析其基本原理，并就MD5算法在电子商务平台中应用的必要性展开详细论述，以分析该算法在当前电子商务平台应用的紧迫性。最后则是就起应用形式进行分析，以明确该算法的具体应用形式，为其他研究提供借鉴参考。1 MD5算法的概念及特点1.1 MD5算法的概念Message Digest Algorithm MD5中文名称为消息摘要算法第五版，乃是互联网安全领域中所广泛使用的一种散列函数，诞生于上个世纪九十年代，由麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）计算机科学实验室和RSA数据安全有限公司共同研发出来的一种字节串（Message）的哈希转换，其应用的主要目的即在于保护商品交易信息的完整性，即：买方交易信息与卖方商品信息传输的一致性1。在当前学术界研究中MD5算法是一种杂凑算法，或者被称之为哈希算法。其实际运用之中所转换的并非是字符串，而是字符串本身的字节，所以相较于传统转换算法，其安全程度更高。在电子商务活动之中采用MD5算法首先将与产品或交易信息相关的大容量信息经压缩之后形成一种全新保密格式，并且整个压缩过程不可逆转，一旦相关信息压缩完成是无法通过倒退的形式将其解压出来，必须将压缩之后的信息通过专门的数字全面软件来签署私人密钥之后方可以打开查看。所有数据信息在经过MD5算法实施运算最后所得的哈希数值都是固定大小，能够在最大限度上节约存储空间，方便数据的便携式存放。因而MD5算法所具有的应用价值正随着互联网技术的普及使用而逐步显现。1.2 MD5算法特点MD5算法与前几代算法，如：MD2、MD4算法均具有较为鲜明的独特优势，本文在总结分析当前国内外专家学者既有研究成果基础上结合本学科实际内容将其特点归纳为如下几点：1.2.1可压缩性由于MD5算法并不是以字符串为计算单位进行运算，其计算的单位乃是一个固定的长度值。所以无论是信息量较大的数据还是相对较小的数据，在经过MD5算法压缩计算之后所得的MD5数值均为固定值。如此一来庞大或海量的数据信息可以通过该算法迅速得到压缩备份，在节省存储空间的同时也会大大降低电子商务商品交易过程中所遭遇到的外部风险系数，使得整个商务活动更加快捷。1.2.2易计算性MD5算法在对数据进行计算时并没有采用较为复杂的转换技术，对原始数据计算之后很容易得出MD5散列值。随着现代技术的快速发展，一款基于MD5算法的散列计算器更是受到了商家及消费者的广泛青睐，用户只需要在对话框中输入账户密码、信用卡信息资料等较为敏感的数据即可以得出相应的MD5散列值，如：银行卡密码为000000，通过该计算工具即可以快速得出其MD5散列值为670b14728ad9902aecba32e22fa4f6bd，能够很方便的将相关数据信息存储至相应的数据库，如：MySQL、MSSQL、Postgress等2。1.2.3抗修改性原始数据所得的MD5散列值具有唯一性特征，与原始数据相互对应，而如果对原始数据做出修改，哪怕仅仅是改动一个字节，其最终所得的MD5散列值也会发生显著改变，在数据库中无法得到对应的信息，从而降低了数据泄露的风险。1.2.4弱抗碰撞性在已经明确知道的原始数据信息以及相应的MD5散列后，要想在数据库中搜寻到一个与MD5散列相同数据存在较大的难度，因而使得伪造数据在MD5算法中无所遁形3。2 MD5算法的基本原理2.1填充数据信息填充是MD5算法运行计算的最重要准备工作，在其对数据信息填充之后使得数据信息的位长（Bits Length）与512求余的结果与448相吻合。所以敏感信息的位长可以通过MD5算法扩展至N512448，其中N被定义为一个非负整数，且该数值可以为零4。在明确相关工作中将会对数据进行填充，其具体填充方法为：首先，在敏感信息后面填充一个数字1或者多个数字0，其填充工作停止的标准为可以满足MD5算法扩展需求，之后不需要再去使用数字0来对敏感信息进行填充。其次，已经初步满足MD5算法扩展性需求基础上对该结果附加一个以64位二进制作为表示的天充前信息长度数值，其计算单位为Bit，如果64位二进制所代表的填充前信息长度已经超过了64位标准，则其所选取的数值为低64位。当完成上述两个操作步骤的加工处理之后所得到的位长结果如下：敏感信息位长=N51244864=（N1）512，此时敏感信息的位长恰好为512的正整数倍。之所以得出该结果乃是为了符合MD5算法的后续处理需求5。2.2长度添加长度添加工作与上以步骤中的数据信息填充大体上较为类似，其核心原理都是将敏感数据信息采用一个64位的数字予以表示，从而代替原始数据长度，此时原始数据长度将会是两个32位数表示的形式。而在对敏感数据信息进行长度添加操作之后的敏感信息位长为512的正整数倍。之所以采用长度添加，其原因在于MD5算法的核心乃是哈希函数，而评价该算法的安全性的最佳路径即为是否能够采取攻击的方式来对MD5算法所压缩的数据进行破译。换而言之，假设攻击者已经明确知道了MD5算法的哈希函数，其在采取明文攻击的情况下计算出相应的MD5散列值，并通过MD5散列值在数据库中寻找到与之相符合的信息进行破译，以最终获得该敏感信息内容。但是，在通过长度添加之后，原始敏感数据信息字符串发生了明显改变，前面已经提到在MD5算法中无论是一个还是多个字节的改变均会导致整个MD5散列值发生改变。而改变之后的MD5散列值在数据库中与原始敏感信息数据的散列值相吻合的几率几乎为零，因而使得攻击者无法获取相应数据信息，及时获得相似性信息之后往往也无法对其进行破译，从而起到保护敏感信息安全的目的。因而，MD5算法之中长度添加的核心目的在于改变敏感信息原始数据长度，从而获得一个全新的MD5散列值，以保证其不会与原有MD5散列值相重复。当用户使用相应信息时，可以使用自身的密钥对数字签名软件签署私人密钥进行解密，以对相应信息实时更改或删除等操作。2.3输入划分输入划分原理主要为MD5以512为计算单位对相应的原始数据信息进行分组，并且在每一个分离出来的小组中均包含有16个32位子分组数据。对于任意长度的明文来讲，通过MD5算法都可以得到一个128位的摘要，而第一分组需要将上面四个链接变量复制到另外四个变量中：A到a，B到b，C到c，D到d。从第二分组开始的变量为上一分组的运算结果，即A=a，B=b，C=c，D=d关系6。2.4链接变量的初始化经过MD5算法处理之后的初始数值长度为128位，被称之为链接变量。而所得到的链接变量主要用于第一轮数据信息的计算。本文中以大端字节序的形式来对当前所得的链接变量予以表示，其结构形式分别为A=0x01234567，B=0x89ABCDEF，C=0xFEDCBA98，D=0x76543210。上述四个数值变量所给出的数值为高字节存储于内存低地址所得出的数值，以及低字节被存储在内存高地址的数值。随后将需要使用MD5处理的512位原始数据信息划分成为16个小组，每个小组位值为32位长度7。2.5处理快MD5算法在处理相应敏感信息时往往会进行四轮运算，而该计算循环相较于MD4算法则多出了一轮。第一轮计算操作次数为16次，其主要计算目标是将A、B、C、D四个变量中的三个变量进行非线性函数运算，将所得结果与第四个变量相加，数据信息文本之中的子分组与常数。随后再次将所得结果沿着左环平行移动一个不定数，之后加上上述四个变量之中的任意一个，得出最终结果来取代A、B、C、D之一8。其循环操作如下：第一轮循环所用到的非线性函数：F(X，Y，Z)=(X&Y)|(X)&Z)。每一次操作可以表示为FF(a，b，c，d，Mj，s，ti)：a=b+(a+F(b，c，d)+Mj+ti)s)。第一轮的16次操作可以分别表示为：FF(a，b，c，d，M0，7，0xd76aa478)FF(d，a，b，c，M1，12，0xe8c7b756)FF(c，d，a，b，M2，17，0x242070db)FF(b，c，d，a，M3，22，0xc1bdceee)FF(a，b，c，d，M4，7，0xf57c0faf)FF(d，a，b，c，M5，12，0x4787c62a)FF(c，d，a，b，M6，17，0xa8304613)FF(b，c，d，a，M7，22，0xfd469501)FF(a，b，c，d，M8，7，0x698098d8)FF(d，a，b，c，M9，12，0x8b44f7af)FF(c，d，a，b，M10，17，0xffff5bb1)FF(b，c，d，a，M11，22，0x895cd7be)FF(a，b，c，d，M12，7，0x6b901122)FF(d，a，b，c，M13，12，0xfd987193)FF(c，d，a，b，M14，17，0xa679438e)FF(b，c，d，a，M15，22，0x49b40821)二轮循环第二轮循环所用到的非线性函数：G(X，Y，Z)=(X&Z)|(Y&(Z)。每一次操作可以表示为GG(a，b，c，d，Mj，s，ti)：a=b+(a+G(b，c，d)+Mj+ti)s)。第二轮的16次操作可以分别表示为：GG(a，b，c，d，M1，5，0xf61e2562)GG(d，a，b，c，M6，9，0xc040b340)GG(c，d，a，b，M11，14，0x265e5a51)GG(b，c，d，a，M0，20，0xe9b6c7aa)GG(a，b，c，d，M5，5，0xd62f105d)GG(d，a，b，c，M10，9，0x02441453)GG(c，d，a，b，M15，14，0xd8a1e681)GG(b，c，d，a，M4，20，0xe7d3fbc8)GG(a，b，c，d，M9，5，0x21e1cde6)GG(d，a，b，c，M14，9，0xc33707d6)GG(c，d，a，b，M3，14，0xf4d50d87)GG(b，c，d，a，M8，20，0x455a14ed)GG(a，b，c，d，M13，5，0xa9e3e905)GG(d，a，b，c，M2，9，0xfcefa3f8)GG(c，d，a，b，M7，14，0x676f02d9)GG(b，c，d，a，M12，20，0x8d2a4c8a)三轮循环第三轮循环所用到的非线性函数：H(X，Y，Z)=XYZ。每一次操作可以表示为HH(a，b，c，d，Mj，s，ti)：a=b+(a+H(b，c，d)+Mj+ti)s)。第三轮的16次操作可以分别表示为：HH(a，b，c，d，M5，4，0xfffa3942)HH(d，a，b，c，M8，11，0x8771f681)HH(c，d，a，b，M11，16，0x6d9d6122)HH(b，c，d，a，M14，23，0xfde5380c)HH(a，b，c，d，M1，4，0xa4beea44)HH(d，a，b，c，M4，11，0x4bdecfa9)HH(c，d，a，b，M7，16，0xf6bb4b60)HH(b，c，d，a，M10，23，0xbebfbc70)HH(a，b，c，d，M13，4，0x289b7ec6)HH(d，a，b，c，M0，11，0xeaa127fa)HH(c，d，a，b，M3，16，0xd4ef3085)HH(b，c，d，a，M6，23，0x04881d05)HH(a，b，c，d，M9，4，0xd9d4d039)HH(d，a，b，c，M12，11，0xe6db99e5)HH(c，d，a，b，M15，16，0x1fa27cf8)HH(b，c，d，a，M2，23，0xc4ac5665)四轮循环第四轮循环所用到的非线性函数：I(X，Y，Z)=Y(X|(Z)。每一次操作可以表示为：II(a，b，c，d，Mj，s，ti)表示a=b+(a+I(b，c，d)+Mj+ti)s)。第四轮的16次操作可以分别表示为：II(a，b，c，d，M0，6，0xf4292244)II(d，a，b，c，M7，10，0x432aff97)II(c，d，a，b，M14，15，0xab9423a7)II(b，c，d，a，M5，21，0xfc93a039)II(a，b，c，d，M12，6，0x655b59c3)II(d，a，b，c，M3，10，0x8f0ccc92)II(c，d，a，b，M10，15，0xffeff47d)II(b，c，d，a，M1，21，0x85845dd1)II(a，b，c，d，M8，6，0x6fa87e4f)II(d，a，b，c，M15，10，0xfe2ce6e0)II(c，d，a，b，M6，15，0xa3014314)II(b，c，d，a，M13，21，0x4e0811a1)II(a，b，c，d，M4，6，0xf7537e82)II(d，a，b，c，M11，10，0xbd3af235)II(c，d，a，b，M2，15，0x2ad7d2bb)II(b，c，d，a，M9，21，0xeb86d391)所有循环操作完成之后，将A、B、C、D分别加上a、b、c、d。然后用下一分组数据继续运行算法，最后的输出结果是A、B、C和D的级联。3 MD5算法在电子商务平台中应用的必要性3.1 MD5算法的应用是网络安全交易的重要保障随着网络时代的到来，网络设备的普及应用为电子商务的迅猛发展奠定了坚实的应用基础。由于电子商务具有无污染、高经济效益等特征使得世界各国对于电子商务发展投入了较多的扶持力度。以我国为例，商务部在2013年针对电子商务发展出台了一系列法律法规，其中比较有代表性的为电子商务中网络隐私权保护法律制度，从法律制度角度对电子商务发展以及平台构建提出了更高程度的要求，在一定程度上震慑了不法行为的发生。然而，由于依托互联网所构建的网络平台具有开放性特征，任何人在任何时间段都可以从电子商务平台中获得相关的产品信息以及产生交易行为，进一步加大了电子商务平台的运营风险。特别是在当前电子商务平台之中存在大量的敏感数据信息，一旦发生泄露，不仅会对消费者自身合法权益造成严重损害，同时也会对电子商务平台的正常运营及社会形象造成不可估量的损失。因而电子商务平台在应用了MD5算法之后，可以对与消费者自身及商家产品信息相关的敏感信息进行处理，以此来保障网络交易的顺利进行及其交易安全性。首先，电子商务平台之中的消费者与商家在经过沟通协商之后达成了一致性的购买或转让意见，此时消费者会通过平台向商家提出交易申请，并输入与自身有关的敏感信息后发给商家，此时MD5算法将会对消费者所发送的敏感数据信息进行处理，以构建出一个与该信息有关的短“指纹”，而在消费者向商家发送交易信息时，此短“指纹”将随同相关信息一同送达至商家。随后商家对获取到的交易信息进行计算，即使是在网络安全环境较差的交易条件下商家只需要对收到的交易信息进行重新计算，已验证附着在信息表面的短“指纹”是否与消费者初始设定相一致。如果商家计算出的信息与消费者发送的交易信息不一致，则其中可能存在伪造数据，商家即可以关闭该项交易，并与消费者联系重新商定交易细节；如果数据一致，其完整性已经被验证，则可以针对消费者交易请求做出回应，从而在双方不见面的情况下依托互联网在电子商务平台之中实现交易行为。所以MD5算法的应用是电子商务平台网络安全交易的重要保障，也是今后重点研究的领域之一。3.2 MD5算法的应用是完善电子商务平台的有效措施衡量一个电子商务平台安全性的标准之一在于其整个网络交易体系是否完善，采用的算法是否能够保证消费者或商家敏感信息不被窃取。由于MD5算法对交易双方的数据进行了填充与长度添加等操作，使得每一个交易指令或信息都会得到一个独立的MD5散列值，而MD5散列值又具有唯一性特征，网络黑客或者恶意攻击者无法通过攻击网络的方式获取相应信息，或者在得到了原始数据之后所计算出的MD5散列值也会因没有经过正确填充以及数据长度添加而无法得出一致的MD5散列值，在庞大的数据库中浪费大量时间之后仍然无法搜寻到相应的数据信息，使得整个数据安全系数较高。而MD5算法所具有的安全性功效已经得到了国内外电子商务商务界的一致认可，所以无论是国内还是国外的电子商务平台构建过程中都会将其作为一个重要的安全保障手段及完善措施。因而，将MD5算法应用在当前电子商务平台的构建过程中可以强化整个平台安全体系，通过多种安全保障手段来防止消费者或商家敏感信息泄露事件的发生。所以针对当前电子商务平台安全系统存在的漏洞，可以采取一致性验证、数字证书以及安全访问认证等手段加以完善，为消费者及商家网络在线交易营造一个安全放心的购物环境。4 MD5算法在电子商务平台中的应用4.1一致性验证MD5算法在电子商务平台中的典型应用方式是对消费者或商家敏感信息自动生成信息摘要（Message-Digest），从而杜绝信息被恶意篡改或盗用的可能。例如当前应用范围较广的Unix环境下，诸多软件在被用户下载使用的过程中都会产生一个与文件名称相同、以.md5为扩展名的文件，如果用户打开该扩展名文件就会发现在其中只有一行计算机编程语言脚本，其结构如下：MD5 (tanajiya.tar.gz) = 38b8c2c1093dd0fec383a9d9ac940515。而该脚本就是相关软件或信息的数字签名。MD5算法就是选取整个文件来作为一个相对信息量较大的文本信息，采取具有不可逆性特征的字符串转换计算方法来对其进行处理，从而自动生成一个与该信息具有直接关联性的MD5信息摘要。而该摘要的生成与人类指纹的作用相类似。众所周知每个人的指纹都是与众不同的，世界上没有完全相似的两个指纹，同没有两片完全一样的树叶道理相类似，通过指纹来鉴定犯罪嫌疑人是否参与了犯罪与通过MD5信息摘要来判断该信息是否被篡改或盗用可以起到相似的作用。所以MD5信息摘要又被称作为电子商务平台网络信息的“数字指纹”。同时MD5信息摘要的生成并不与信息大小、格式、数量发生矛盾，因而在实际使用过程中可以针对任何信息自动生成一个与信息相对应的“数字指纹”9。一旦消费者与商家网络交易信息被篡改或盗用，则必然会导致MD5算法下的信息内容或结构发生改变，哪怕是一个字符的变动系统都会生成一个全新的MD5散列值。消费者或商家只需要对MD5信息摘要进行核对即可判明该信息是否发生泄漏或被篡改，对而这敏感信息的存储及使用起到了重要的保障作用。随着互联网经济的快速发展，电子商务平台日常需要处理的数据信息呈爆炸式增长，涉及到消费者会商家敏感信息的软件、数据库、系统文件也随之增长。此时采用MD5摘要信息进行一致性验证不仅可以避免消费者或商家泄露更多敏感信息，同时也能够不断丰富完善电子商务平台的安全防控体系，因而MD5摘要信息一致性验证在电子商务平台之中必将得到更加广泛的应用。4.2 数字证书MD5摘要信息的生成为敏感信息提供了一张永久不会改变的“数字指纹”，使得在电子商务活动过程中消费者与商家能够更加便捷的展开交流，对于经常出现的商家产品信息被恶意篡改等现象将会是一种有效的遏制。因而电子商务平台在构建及运营过程中可以专门就消费者及商家敏感信息所自动生成的MD5摘要信息进行系统备案，并且将其记录整个电子商务平台信息交易系统之中，当消费者及商家交易行为发生时，不仅需要验证交易密码，同时系统后台会自动对消费者敏感信息进行验证，以明确其敏感信息是否被改动。一旦出现消费者或商家敏感信息被改动现象，则电子商务平台将会向交易双方进行身份核实，以保证该笔交易是在双方当事人知情同意下所发生的采纳行为，从而有效的杜绝了消费者或商家敏感信息被盗用之后所引发的一系列法律及经济纠纷发生率，以为二者营造一个健康、安全的网络消费环境。因而将MD5算法在电子商务平台中的应用需要引入一个第三方认证机构来对整个电子商务平台参与者数字指纹进行备案，以推动电子商务平台的进一步发展，而该应用手段即为数字证书的应用。4.3 安全访问认证电子商务平台涉及到了诸多系统的应用，比如消费者或商家操作系统登录系统在每次启动过程中均会做相应的认证，一旦消费者或商家并不在常用操作系统或机器中登录，则会向消费者或商家发出是否继续登录以及输入相应验证码等提示，以此来确定为消费者或商家正常登录。而目前在电子商务平台之中所广泛使用的登录系统认证内容则主要包括：Unix、各类BSD系统登录密码、数字签名等10。以当前应用范围较广、消费者、商家以及电子商务平台认可度较高的Unix系统为例，其所设定的用户登录密码是在MD5算法下经过哈希运算之后形成的摘要信息存储至系统数据库中。当用户通过登录界面进行登录时，系统在提示用户输入密码时同步将其密码进行MD5算法计算，所得出的MD5摘要信息与系统自身已经存储的摘要信息进行相互比对，最终确定用户登录操作系统时所输入的密码是否正确。通过安全访问认证的形式可以是的电子商务平台在不知道消费者或商家敏感信息及密码明码情况下对其登录系统的合法性做出界定。曾有学者担心由于用户敏感信息所生成的MD5摘要信息会被系统自动存储至数据库之中，而具有管理权的操作人员可以通过后台来复制或记住该信息内容，以此来反推用户登录密码的情形出现。然而随着MD5算法的不断进步，其不可逆性特征使得学者关注的问题不在是困扰学术界研究的难题之一。如此一来即使电子商务交易系统管理者看到了源程序以及