网络游戏数据加密技术
消息(message)被称为明文(plaintext)。用某种方法伪装消息以隐藏它的内容的过程称为加密(encryption),被加密的消息成为密文(ciphertext),而把密文转变为明文的过程称为解密(decryption)。
信息加密解密过程
算法和密钥
密码算法是用于加密和解密的数学函数。通常有加密和解密两个相关的函数。
如果算法(algorighm)的保密性是基于保持算法的秘密,这种算法被称为爱限制的算法。在低密级的应用中还是会采用算法级的保密性。
现代密码学采用密钥(key)解决了这个问题。密钥通常成对使用,即加密密钥和解密密钥。加密密钥和解密密钥可能相同也可能不同。密码系统由算法以及所有可能的明文、密文和密钥组成。
现代密码系统组成
基于密钥的算法通常有两类:对称算法和公开密钥算法。
对称算法有时又叫传统密码算法,就是加密密钥能够从解密密钥中推算出来,反过来也成立。在大多数对称算法中,加密密钥和解密密钥是相同的。
公开密钥算法是这样设计的:加密密钥和解密密钥不同,而且解密密钥不能根据加密密钥计算出来(至少在合理假定的长时间内)。之所以叫做公开密钥算法,是因为加密密钥能够公开,即发送者能用加密密钥加密信息,但只有用相应的解密密钥才能解密信息。在这些系统中,加密密钥叫做公开密钥,解密密钥叫做私人密钥。
MD5算法(message-digest algorithm 5,信息——摘要算法)
MD5是在20世纪90年代初由mit laboratory for computer science和rsa data security inc的ronald l.rivest开发出来,经md2、md3和md4发展而来的。
它的作用是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密匙前被“压缩”成一种保密的格式(就是把一个任意长度的字节串变换成一定长的大整数)。
MD5算法原理
概述
MD5算法是一种消息摘要算法(Message Digest Algorithm),此算法以任意长度的信息(message)作为输入进行计算,产生一个128-bit(16-byte)的指纹或报文摘要(fingerprint
or message digest)。两个不同的message产生相同message digest的几率相当小,从一个给定的message digest逆向产生原始message更是困难。
MD5是一种公开密钥的算法,单向函数(one way function)的概念是公开密钥的中心。
单向函数计算起来相对容易,但求逆非常困难。也就是说,已知x,我们很容易计算出f(x)。但已知f(x),却很难计算出x。打碎盘子就是一个很好的单向函数的例子。
MD5算法的应用
MD5算法是单向的,在网络游戏中的应用主要体现在以下两个方面。
(1)游戏账号的密码保护
用单向加密算法加密后的密码存放在数据库中,即使有人得到了数据库中的数据,想利用密文密码恢复成明文密码几乎是不可能的。而用户再次登录过程中输入的密码经过加密运算后,生成的密文密码和数据库中存储的密文密码一致,则说明用户再次输入的密码明文是和注册时的密码明文一致的。
(2)自动更新
MD5可以把一个文件当做大文本信息,通过算法变换,产生唯一的MD5信息摘要。以后传播文件过程中,无论文件的内容发生了任何形式的变化,只要重新计算文件的MD5值,就会发现是不同的,由此可以决定文件是否需要更新。
MD5算法的实现
md5.h
- #ifndef MD5_H
- #define MD5_H
- #include <string>
- #include <fstream>
- /* Type define */
- typedef unsigned char byte;
- typedef unsigned int uint32;
- using std::string;
- using std::ifstream;
- /* MD5 declaration. */
- class MD5 {
- public:
- MD5();
- MD5(const void* input, size_t length);
- MD5(const string& str);
- MD5(ifstream& in);
- void update(const void* input, size_t length);
- void update(const string& str);
- void update(ifstream& in);
- const byte* digest();
- string toString();
- void reset();
- private:
- void update(const byte* input, size_t length);
- void final();
- void transform(const byte block[64]);
- void encode(const uint32* input, byte* output, size_t length);
- void decode(const byte* input, uint32* output, size_t length);
- string bytesToHexString(const byte* input, size_t length);
- /* class uncopyable */
- MD5(const MD5&);
- MD5& operator=(const MD5&);
- private:
- uint32 _state[4]; /* state (ABCD) */
- uint32 _count[2]; /* number of bits, modulo 2^64 (low-order word first) */
- byte _buffer[64]; /* input buffer */
- byte _digest[16]; /* message digest */
- bool _finished; /* calculate finished ? */
- static const byte PADDING[64]; /* padding for calculate */
- static const char HEX[16];
- enum { BUFFER_SIZE = 1024 };
- };
- #endif /*MD5_H*/
md5.cpp
- #include "md5.h"
- using namespace std;
- /* Constants for MD5Transform routine. */
- #define S11 7
- #define S12 12
- #define S13 17
- #define S14 22
- #define S21 5
- #define S22 9
- #define S23 14
- #define S24 20
- #define S31 4
- #define S32 11
- #define S33 16
- #define S34 23
- #define S41 6
- #define S42 10
- #define S43 15
- #define S44 21
- /* F, G, H and I are basic MD5 functions.
- */
- #define F(x, y, z) (((x) & (y)) | ((~x) & (z)))
- #define G(x, y, z) (((x) & (z)) | ((y) & (~z)))
- #define H(x, y, z) ((x) ^ (y) ^ (z))
- #define I(x, y, z) ((y) ^ ((x) | (~z)))
- /* ROTATE_LEFT rotates x left n bits.
- */
- #define ROTATE_LEFT(x, n) (((x) << (n)) | ((x) >> (32-(n))))
- /* FF, GG, HH, and II transformations for rounds 1, 2, 3, and 4.
- Rotation is separate from addition to prevent recomputation.
- */
- #define FF(a, b, c, d, x, s, ac) {
- (a) += F ((b), (c), (d)) + (x) + ac;
- (a) = ROTATE_LEFT ((a), (s));
- (a) += (b);
- }
- #define GG(a, b, c, d, x, s, ac) {
- (a) += G ((b), (c), (d)) + (x) + ac;
- (a) = ROTATE_LEFT ((a), (s));
- (a) += (b);
- }
- #define HH(a, b, c, d, x, s, ac) {
- (a) += H ((b), (c), (d)) + (x) + ac;
- (a) = ROTATE_LEFT ((a), (s));
- (a) += (b);
- }
- #define II(a, b, c, d, x, s, ac) {
- (a) += I ((b), (c), (d)) + (x) + ac;
- (a) = ROTATE_LEFT ((a), (s));
- (a) += (b);
- }
- const byte MD5::PADDING[64] = { 0x80 };
- const char MD5::HEX[16] = {
- '0', '1', '2', '3',
- '4', '5', '6', '7',
- '8', '9', 'a', 'b',
- 'c', 'd', 'e', 'f'
- };
- /* Default construct. */
- MD5::MD5() {
- reset();
- }
- /* Construct a MD5 object with a input buffer. */
- MD5::MD5(const void* input, size_t length) {
- reset();
- update(input, length);
- }
- /* Construct a MD5 object with a string. */
- MD5::MD5(const string& str) {
- reset();
- update(str);
- }
- /* Construct a MD5 object with a file. */
- MD5::MD5(ifstream& in) {
- reset();
- update(in);
- }
- /* Return the message-digest */
- const byte* MD5::digest() {
- if (!_finished) {
- _finished = true;
- final();
- }
- return _digest;
- }
- /* Reset the calculate state */
- void MD5::reset() {
- _finished = false;
- /* reset number of bits. */
- _count[0] = _count[1] = 0;
- /* Load magic initialization constants. */
- _state[0] = 0x67452301;
- _state[1] = 0xefcdab89;
- _state[2] = 0x98badcfe;
- _state[3] = 0x10325476;
- }
- /* Updating the context with a input buffer. */
- void MD5::update(const void* input, size_t length) {
- update((const byte*)input, length);
- }
- /* Updating the context with a string. */
- void MD5::update(const string& str) {
- update((const byte*)str.c_str(), str.length());
- }
- /* Updating the context with a file. */
- void MD5::update(ifstream& in) {
- if (!in) {
- return;
- }
- std::streamsize length;
- char buffer[BUFFER_SIZE];
- while (!in.eof()) {
- in.read(buffer, BUFFER_SIZE);
- length = in.gcount();
- if (length > 0) {
- update(buffer, length);
- }
- }
- in.close();
- }
- /* MD5 block update operation. Continues an MD5 message-digest
- operation, processing another message block, and updating the
- context.
- */
- void MD5::update(const byte* input, size_t length) {
- uint32 i, index, partLen;
- _finished = false;
- /* Compute number of bytes mod 64 */
- index = (uint32)((_count[0] >> 3) & 0x3f);
- /* update number of bits */
- if ((_count[0] += ((uint32)length << 3)) < ((uint32)length << 3)) {
- ++_count[1];
- }
- _count[1] += ((uint32)length >> 29);
- partLen = 64 - index;
- /* transform as many times as possible. */
- if (length >= partLen) {
- memcpy(&_buffer[index], input, partLen);
- transform(_buffer);
- for (i = partLen; i + 63 < length; i += 64) {
- transform(&input[i]);
- }
- index = 0;
- } else {
- i = 0;
- }
- /* Buffer remaining input */
- memcpy(&_buffer[index], &input[i], length - i);
- }
- /* MD5 finalization. Ends an MD5 message-_digest operation, writing the
- the message _digest and zeroizing the context.
- */
- void MD5::final() {
- byte bits[8];
- uint32 oldState[4];
- uint32 oldCount[2];
- uint32 index, padLen;
- /* Save current state and count. */
- memcpy(oldState, _state, 16);
- memcpy(oldCount, _count, 8);
- /* Save number of bits */
- encode(_count, bits, 8);
- /* Pad out to 56 mod 64. */
- index = (uint32)((_count[0] >> 3) & 0x3f);
- padLen = (index < 56) ? (56 - index) : (120 - index);
- update(PADDING, padLen);
- /* Append length (before padding) */
- update(bits, 8);
- /* Store state in digest */
- encode(_state, _digest, 16);
- /* Restore current state and count. */
- memcpy(_state, oldState, 16);
- memcpy(_count, oldCount, 8);
- }
- /* MD5 basic transformation. Transforms _state based on block. */
- void MD5::transform(const byte block[64]) {
- uint32 a = _state[0], b = _state[1], c = _state[2], d = _state[3], x[16];
- decode(block, x, 64);
- /* 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 */
- _state[0] += a;
- _state[1] += b;
- _state[2] += c;
- _state[3] += d;
- }
- /* Encodes input (ulong) into output (byte). Assumes length is
- a multiple of 4.
- */
- void MD5::encode(const uint32* input, byte* output, size_t length) {
- for (size_t i = 0, j = 0; j < length; ++i, j += 4) {
- output[j]= (byte)(input[i] & 0xff);
- output[j + 1] = (byte)((input[i] >> 8) & 0xff);
- output[j + 2] = (byte)((input[i] >> 16) & 0xff);
- output[j + 3] = (byte)((input[i] >> 24) & 0xff);
- }
- }
- /* Decodes input (byte) into output (ulong). Assumes length is
- a multiple of 4.
- */
- void MD5::decode(const byte* input, uint32* output, size_t length) {
- for (size_t i = 0, j = 0; j < length; ++i, j += 4) {
- output[i] = ((uint32)input[j]) | (((uint32)input[j + 1]) << 8) |
- (((uint32)input[j + 2]) << 16) | (((uint32)input[j + 3]) << 24);
- }
- }
- /* Convert byte array to hex string. */
- string MD5::bytesToHexString(const byte* input, size_t length) {
- string str;
- str.reserve(length << 1);
- for (size_t i = 0; i < length; ++i) {
- int t = input[i];
- int a = t / 16;
- int b = t % 16;
- str.append(1, HEX[a]);
- str.append(1, HEX[b]);
- }
- return str;
- }
- /* Convert digest to string value */
- string MD5::toString() {
- return bytesToHexString(digest(), 16);
- }
test.cpp
- #include "md5.h"
- #include <iostream>
- using namespace std;
- void PrintMD5(const string& str, MD5& md5) {
- cout << "MD5("" << str << "") = " << md5.toString() << endl;
- }
- string FileDigest(const string& file) {
- ifstream in(file.c_str(), ios::binary);
- if (!in) {
- return "";
- }
- MD5 md5;
- std::streamsize length;
- char buffer[1024];
- while (!in.eof()) {
- in.read(buffer, 1024);
- length = in.gcount();
- if (length > 0) {
- md5.update(buffer, length);
- }
- }
- in.close();
- return md5.toString();
- }
- int main() {
- //cout << MD5("abc").toString() << endl;
- //cout << MD5(ifstream("D:\test.txt")).toString() << endl;
- //cout << MD5(ifstream("D:\test.exe", ios::binary)).toString() << endl;
- //cout << FileDigest("D:\test.exe") << endl;
- MD5 md5;
- md5.update("");
- PrintMD5("", md5);
- md5.update("a");
- PrintMD5("a", md5);
- md5.update("bc");
- PrintMD5("abc", md5);
- md5.update("defghijklmnopqrstuvwxyz");
- PrintMD5("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz", md5);
- md5.reset();
- md5.update("message digest");
- PrintMD5("message digest", md5);
- //md5.reset();
- //md5.update(ifstream("D:\test.txt"));
- //PrintMD5("D:\test.txt", md5);
- while(1);
- return 0;
- }
位操作
数据在计算机里以二进制“0”“1”的形式存储,大部分的密码算法都是在位运算的基础上进行的,需要直接对二进制位进行操作。与其它高级语言相比,位运算是C语言的特点之一。
参考资料:
《网络游戏服务器端编程》第四章
MD5算法的C++实现:http://www.cppblog.com/ant/archive/2007/09/11/31886.html