md5破解难度(王小云破译md5的意义)

2019年11月17日，梳着干练短发、带着金边眼镜的王小云，走进“未来科学大奖周”的报告厅，用一口淳朴的山东口音，开始讲述她与密码的往事。

首个由中国民间发起的“未来科学大奖”，迎来了首位女性得主——今年53岁的清华大学高等研究院杨振宁讲座教授王小云。她获得了“数学与计算机科学奖”，因为她“在密码学中的开创性贡献，她的创新性密码分析方式揭示了被广泛使用的密码哈希函数的弱点，促进了新一代密码哈希函数标准”。

破解两大国际密码算法

偶然间看到的一条注释，让吴彦冰决定跟着王小云读博士。

5年前，四川大学信息安全专业本科生吴彦冰，在阅读公认世界第一黑客的凯文·米特尼克所著《欺骗的艺术》时，发现一段文字中有个中国人的名字，这是一条关于“MD5已被王小云教授破解”的注释。

了解这条注释背后的故事后，吴彦冰被密码学深深吸引了。毕业前他向王小云发了邮件，决定探索密码学这个迷人的世界。如今，他已师从王小云，漫游密码世界。

时间回到2004年，对于国际密码学界来说，这注定是不同寻常的一年。

这年的8月，在美国加州圣巴巴拉召开的国际密码大会上，王小云宣读了自己和研究团队对于MD4、MD5、HAVAL-128和RIPEMD四个国际著名密码算法的破译结果。

这被认为是2004年密码学界最具突破性的结果，堪称学术界的一场强烈地震。当年国际密码大会总结报告上写道：我们该怎么办？MD5被重创了，它即将从应用中淘汰。SHA-1仍然活着……

多年来，由美国国家标准技术研究院（NIST）颁布的基于哈希函数的MD5和SHA-1算法，是国际上公认最先进、应用范围最广的两大重要算法，后者更被视为计算安全系统的基石，有着“白宫密码”之称。

没多久，SHA-1的末日降临。2005年2月，在美国召开的国家信息安全研讨会上，5名著名密码学家公布了哈希函数发展史上的重要研究进展——他们收到了来自中国的王小云等3位女研究者对SHA-1全算法的攻击。

2006年，NIST颁布了美国联邦机构2010年之前必须停止使用SHA-1的新政策，并于次年向全球密码学者征集新的国际标准密码算法。

改变战争走向的古典密码

王小云从事的密码学，是一个既古老又新兴的学科。在1949年以前，人类社会经历了漫长的古典密码时期。

从古到今，密码被频繁应用在战争中，保护己方秘密并洞悉对方情报成了克敌制胜的重要条件。

中国古代兵书《六韬》中记录了阴符和阴书两种加密通信方式。国君和在外主将之间用阴符秘密联络，八种不同尺寸长度的阴符，隐藏着不同的军情秘密。如需传递军机大事则用阴书：把书信拆成三部分，分派三人发出，每人拿一部分，只有三部分合在一起才能读懂信的内容。

大约在公元前700年，古希腊军队用一种圆木棍进行保密通信。公元前405年，雅典和斯巴达之间的伯罗奔尼撒战争进入尾声，斯巴达军队截获了雅典信使的一条重要加密情报并破译，由此改变了作战计划，赢得战争的最后胜利。

这种加密方法中，加密方把纸条缠绕在特定的木棒上，写上原信息，木棒撤掉之后，纸条上的字母变成了乱码。解密方收到这个纸条后，用相同的木棒就可以恢复原信息。

聪明的古人，用简单的置换方式就设计出一个密码。不过，古典密码的加密方式不能让人知道，一旦泄露密码就被破解。

当王小云走进密码学的世界时，这门学科已经发展到了公开加密方法的现代密码时期。

家国情怀塑造密码天才

1966年，王小云出生于山东诸城一个教师家庭。童年时，做数学老师的父亲讲“鸡兔同笼”的故事，就是她最早的数学启蒙。1983年，17岁的王小云考入山东大学数学系，师从著名数学家潘承洞。读完了本科、硕士与博士，她留在山东大学任教。后听从导师建议，将研究方向从解析数论转向密码学。

39岁时，王小云被聘为清华大学高等研究院杨振宁讲座教授，之后曾获得中国密码学会“密码创新奖特等奖”以及“网络安全优秀人才奖”，51岁当选中国科学院院士。

多年后，王小云回忆起读书经历时，提到老师潘承洞对学生的一个特别要求，不管是出国深造，还是做访问学者，两年或者三年，到了时间就得回来，坚决立足于国内发展。

或许是耳濡目染了老一代学者身上的这种家国情怀，破解了两大国际密码算法后，王小云放弃了参与设计美国向全球征集的新国际标准密码算法，转而设计国内的密码算法标准。

此后，王小云和国内其他专家设计了我国首个哈希函数算法标准SM3。如今，SM3已为我国多个行业保驾护航，在金融、国家电网、交通等国家重要经济领域广泛使用。

“密码破解非常重要，没有破解，就很难有密码应用的标准化、规范化，商用密码体系也很难加强起来。”王小云眼中的密码学是矛与盾的交锋，攻与防的艺术。

“天书”哈希函数到底是什么

今天，计算机网络、移动网络、物联网、卫星网络还有大数据、云计算，这些人们已经熟知的科技场景，都离不开密码技术的支撑，需要密码来解决安全问题。

王小云曾将密码比作钥匙：“没有密码的保障，就相当于有人偷了家里的钥匙，可以随时自由进出你家，而你却浑然不知。”

密码学重要到何种地步？不得不从一个密码学中的基本工具说起，它就是王小云打了多年交道的哈希函数。

这个时代的所有网络信息安全，需要满足机密性、可认证性、不可抵赖性、完整性与有效性这五大安全属性，才可以有效防御黑客的攻击。其中，有效性是指效率问题，而前四个属性中，机密算法保障机密性，即不被窃取、看到；数字签名算法满足的是可认证性和不可抵赖性；哈希函数算法保证信息的完整性。

不过，数字签名算法必须和哈希函数一起才能保证可认证性和不可抵赖性。因此，五大安全属性里有三个，都离不开哈希函数。

密码上的哈希函数，可以将任意长度的消息压缩成固定长度的哈希值，而哈希值就像每个人都拥有唯一的“指纹”一样，哈希函数的重要之处就是能够赋予每个消息唯一的“数字指纹”，即使更改该消息的一个比特，对应的哈希值也会变为截然不同的“指纹”。

清华大学高等研究院数学博士吴彦冰打了个比方，就像把一本书里的某一页或一个字更改了，但看书的人很难判断更改的地方，即便全书通读一遍也未必能发现，“但通过哈希函数，输入稍有不同，输出结果就会完全不同”。

“严师”与“慈母”

在现代密码学中，哈希函数占据着基础而又重要的地位。上世纪90年代，王小云开始进行哈希函数研究，1994年开始尝试破解MD5和SHA-1。

一种密码算法的破解往往需要花费十年，甚至更久的时间，即便如此，成功率也只有1%左右。这注定是一个要“坐冷板凳”的研究领域，王小云就是用了整整十年的时间，破解了MD5和SHA-1两大密码算法。

清华大学密码学博士生丛天硕觉得，导师王小云似乎对密码有特别的直觉，做科研“就像是在跟着电影里的世界级大师一起工作”。

学生眼中，这位导师在学术上要求“特别严厉”。学生的论文，一定要做到最好才能发表，“如果做到第二或有稍微的改进空间，她都是不能接受的，会让学生继续深入做研究”。

学术之外，王小云又很慈祥。丛天硕打算申请一个国外实践时，王小云会对出行住宿仔仔细细问个清楚，担心学生的安全。“刚读博时，王老师会和学生沟通，根据我们的兴趣，制定培养计划，还给出很多研究方向，让我们去尝试。”丛天硕说。

解密的惊心动魄更多在内心

在一些电影大片中，常有特工或黑客破解密码的惊险镜头，短短几秒钟就成功进入了对方的内部系统。当迈进密码学的大门后，吴彦冰发现很多人对密码的认识并不准确，或许是看电影后形成的刻板印象，误把破解银行卡或邮箱密码当成密码学家的工作，“其实那不是真正的密码，只是一个简单的‘口令’”。

王小云在一档节目中做了这样的科普：当你输入一串字符，如果不经过任何处理直接送到服务器来验证，它一定不是密码，只是一个口令；如果输进去的字符，通过密码运算得出另外一个结果，那么这个结果可以验证你是否为合法用户时，这个口令就变成了密码。

“比如战争中传输了一段密文，当这段密文被拦截后，如果让密码学家上场，他们就会根据各自的数学方法和手段，推导出原文是什么，比简单破解银行卡密码要复杂很多。”吴彦冰说。

现实中密码学家的工作，没有电影中那样惊心动魄。吴彦冰甚至觉得，这是一个很枯燥的过程，不停地推导公式、做编程，然后用大型计算机验证，等待结果，“想尽各种方法，一个个去尝试，失败了再重来”。

在吴彦冰看来，破解密码有时就像走进了一个巨大的迷宫，一套密码是经过密码大师在设计中一遍遍确认，没有问题后才公布出来，很多时候用传统的方法和思维破解不了，可能在迷宫中碰壁多次也找不到出口。

像很多科学突破一样，破解密码也需要勤奋和灵感，熬夜攻关亦是常态。吴彦冰跟着王小云做科研时，有过几次这样的经历，“白天忙了一天，晚上脑袋里突然蹦出来一个灵感，会亢奋得睡不着，就要顺着把理论推导完，不断尝试到底行不行”。

吴彦冰曾听老师王小云讲起破解MD5的经历，“那时候王老师还没学过编程，就用手写推导的方式，写了400多页纸，几百个方程，推导了两三个月才得到结果。”

王小云沉浸在密码的美妙世界中，享受着外人无法体会的乐趣。生活中她喜欢在家里和实验室养花，有时候思考一个数学问题，却找不到答案时，就会起来打扫打扫卫生，或者是给花浇浇水，干点别的事情，但实际上脑子里一直没有放下科学问题。

科研过程中，王小云也把这种乐趣传递给学生们。他们既扮演着“设谜者”的角色，设计一套巧妙的密码算法，弥补前人的不足，希冀让攻击者无法突破；同时还扮演着“猜谜人”的角色，把别人设计精妙的体系一举攻破。“参与者会有很大的喜悦感和成就感。”吴彦冰说。