MD5

Dalam kriptografi, MD5 (Message-Digest algortihm 5) ialah fungsi hash kriptografik yang digunakan secara luas dengan hash value 128-bit. Pada standart Internet (RFC 1321), MD5 telah dimanfaatkan secara bermacam-macam pada aplikasi keamanan, dan MD5 juga umum digunakan untuk melakukan pengujian integritas sebuah berkas.

MD5 di desain oleh Ronald Rivest pada tahun 1991 un
tuk menggantikan hash function sebelumnya, MD4. Pada tahun 1996, sebuah kecacatan ditemukan dalam desainnya, walau bukan kelemahan fatal, pengguna kriptografi mulai menganjurkan menggunakan algoritma lain, seperti SHA-1 (klaim terbaru menyatakan bahwa SHA-1 juga cacat). Pada tahun 2004, kecacatan-kecacatan yang lebih serius ditemukan menyebabkan penggunaan algoritma tersebut dalam tujuan untuk keamanan jadi makin dipertanyakan.

Sejarah dan kriptoanalisis

MD5 adalah salah satu dari serangkaian algortima message digest yang didesain oleh Profesor Ronald Rivest dari MIT (Rivest, 1994). Saat kerja analitik menunjukkan bahwa pendahulu MD5 — MD4 — mulai tidak aman, MD5 kemudian didesain pada tahun 1991 sebagai pengganti dari MD4 (kelemahan MD4 ditemukan oleh Hans Dobbertin).

Pada tahun 1993, den Boer dan Bosselaers memberikan awal, bahkan terbatas, hasil dari penemuan pseudo-collision dari fungsi kompresi MD5. Dua vektor inisialisasi berbeda I dan J dengan beda 4-bit di antara keduanya.

MD5compress(I,X) = MD5compress(J,X)

Pada tahun 1996 Dobbertin mengumumkan sebuah kerusakan pada fungsi kompresi MD5. Dikarenakan hal ini bukanlah serangan terhadap fungsi hash MD5 sepenuhnya, hal ini menyebabkan para pengguna kriptografi menganjurkan pengganti seperti WHIRLPOOL, SHA-1 atau RIPEMD-160.

Ukuran dari hash — 128-bit — cukup kecil untuk terjadinya serangan brute force birthday attack. MD5CRK adalah proyek distribusi mulai Maret 2004 dengan tujuan untuk menunjukka kelemahan dari MD5 dengan menemukan kerusakan kompresi menggunakan brute force attack.

Bagaimanapun juga, MD5CRK berhenti pada tanggal 17 Agustus 2004, saat kerusakan ''hash'' pada MD5 diumumkan oleh Xiaoyun Wang, Dengguo Feng, Xuejia Lai dan Hongbo Yu . Serangan analitik mereka dikabarkan hanya memerlukan satu jam dengan menggunakan IBM P690 cluster.

Pada tanggal 1 Maret 2005, Arjen Lenstra, Xiaoyun Wang, and Benne de Weger mendemontrasikan kunstruksi dari dua buah sertifikat X.509 dengan public key yang berbeda dan hash MD5 yang sama, hasil dari demontrasi menunjukkan adanya kerusakan. Konstruksi tersebut melibatkan private key untuk kedua public key tersebut. Dan beberapa hari setelahnya, Vlastimil Klima menjabarkan dan mengembangkan algortima, mampu membuat kerusakan Md5 dalam beberapa jam dengan menggunakan sebuah komputer notebook. Hal ini menyebabkan MD5 tidak bebas dari kerusakan.

Dikarenakan MD5 hanya menggunakan satu langkah pada data, jika dua buah awalan dengan hash yang sama dapat dibangun, sebuah akhiran yang umum dapat ditambahkan pada keduanya untuk membuat kerusakan lebih masuk akal. Dan dikarenakan teknik penemuan kerusakan mengijinkan pendahuluan kondisi hash menjadi arbitari tertentu, sebuah kerusakan dapat ditemukan dengan awalan apapun. Proses tersebut memerlukan pembangkitan dua buah berkas perusak sebagai berkas templat, dengan menggunakan blok 128-byte dari tatanan data pada 64-byte batasan, berkas-berkas tersebut dapat mengubah dengan bebas dengan menggunakan algoritma penemuan kerusakan.

Efek nyata dari kriptoanalisis

Saat ini dapat diketahui, dengan beberapa jam kerja, bagaimana proses pembangkitan kerusakan MD5. Yaitu dengan membangkitkan dua byte string dengan hash yang sama. Dikarenakan terdapat bilangan yang terbatas pada keluaran MD5 (2¹²⁸), tetapi terdapat bilangan yang tak terbatas sebagai masukannya, hal ini harus dipahami sebelum kerusakan dapat ditimbulkan, tapi hal ini telah diyakini benar bahwa menemukannya adalah hal yang sulit.

Sebagai hasilnya bahwa hash MD5 dari informasi tertentu tidak dapat lagi mengenalinya secara berbeda. Jika ditunjukkan informasi dari sebuah public key, hash MD5 tidak mengenalinya secara berbeda jika terdapat public key selanjutnya yang mempunyai hash MD5 yang sama.

Bagaimanapun juga, penyerangan tersebut memerlukan kemampuan untuk memilih kedua pesan kerusakan. Kedua pesan tersebut tidak dengan mudah untuk memberikan serangan preimage, menemukan pesan dengan hash MD5 yang sudah ditentukan, ataupun serangan preimage kedua, menemukan pesan dengan hash MD5 yang sama sebagai pesan yang diinginkan.

Hash MD5 lama, yang dibuat sebelum serangan-serangan tersebut diungkap, masih dinilai aman untuk saat ini. Khususnya pada digital signature lama masih dianggap layak pakai. Seorang pengguna boleh saja tidak ingin membangkitkan atau mempercayai signature baru menggunakan MD5 jika masih ada kemungkinan kecil pada teks (kerusakan dilakukan dengan melibatkan pelompatan beberapa bit pada bagian 128-byte pada masukan hash) akan memberikan perubahan yang berarti.

Penjaminan ini berdasar pada posisi saat ini dari kriptoanalisis. Situasi bisa saja berubah secara tiba-tiba, tetapi menemukan kerusakan dengan beberapa data yang belum-ada adalah permasalahan yang lebih susah lagi, dan akan selalu butuh waktu untuk terjadinya sebuah transisi.

Pengujian Integritas

Ringkasan MD5 digunakan secara luas dalam dunia perangkat lunak untuk menyediakan semacam jaminan bahwa berkas yang diambil (download) belum terdapat perubahan. Seorang pengguna dapat membandingkan MD5 sum yang dipublikasikan dengan checksum dari berkas yang diambil. Dengan asumsi bahwa checksum yang dipublikasikan dapat dipercaya akan keasliannya, seorang pengguna dapat secara yakin bahwa berkas tersebut adalah berkas yang sama dengan berkas yang dirilis oleh para developer, jaminan perlindungan dari Trojan Horse dan virus komputer yang ditambahkan pada perangkat lunak. Bagaimanapun juga, seringkali kasus yangterjadi bahwa checksum yang dipublikasikan tidak dapat dipercaya (sebagai contoh, checksum didapat dari channel atau lokasi yang sama dengan tempat mengambil berkas), dalam hal ini MD5 hanya mampu melakukan error-checking. MD5 akan mengenali berkas yang didownload tidak sempurna, cacat atau tidak lengkap.

Algoritma

Gambar 1. Satu operasi MD5 — MD5 terdiri atas 64 operasi, dikelompokkan dalam empat putaran dari 16 operasi. F adalah fungsi nonlinear; satu fungsi digunakan pada tiap-tiap putaran. M_i menujukkan blok 32-bit dari masukan pesan, dan K_i menunjukkan konstanta 32-bit, berbeda untuk tiap-tiap operasi.

_s menunjukkan perputaran bit kiri oleh s; s bervariasi untuk tiap-tiap operasi. menunjukan tambahan modulo 2³². MD5 memproses variasi panjang pesan kedalam keluaran 128-bit dengan panjang yang tetap. Pesan masukan dipecah menjadi dua gumpalan blok 512-bit; Pesan ditata sehingga panjang pesan dapat dibagi 512. Penataan bekerja sebagai berikut: bit tunggal pertama, 1, diletakkan pada akhir pedan. Proses ini diikuti dengan serangkaian nol (0) yang diperlukan agar panjang pesan lebih dari 64-bit dan kurang dari kelipatan 512. Bit-bit sisa diisi dengan 64-bit integer untuk menunjukkan panjang pesan yang asli. Sebuah pesan selalu ditata setidaknya dengan 1-bit tunggal, seperti jika panjang pesan adalah kelipatan 512 dikurangi 64-bit untuk informasi panjang (panjang mod(512) = 448), sebuah blok baru dari 512-bit ditambahkan dengan 1-bit diikuti dengan 447 bit-bit nol (0) diikuti dengan panjang 64-bit.

Algoritma MD5 yang utama beroperasi pada kondisi 128-bit, dibagi menjadi empat word 32-bit, menunjukkan A, B, C dan D. Operasi tersebut di inisialisasi dijaga untuk tetap konstan. Algoritma utama kemudian beroperasi pada masing-masing blok pesan 512-bit, masing-masing blok melakukan pengubahan terhadap kondisi.Pemrosesan blok pesan terdiri atas empat tahap, batasan putaran; tiap putasan membuat 16 operasi serupa berdasar pada fungsi non-linear F, tambahan modular, dan rotasi ke kiri. Gambar satu mengilustrasikan satu operasi dalam putaran. Ada empat macam kemungkinan fungsi F, berbeda dari yang digunakan pada tiap-tiap putaran:

menunjukkan operasi logikan XOR, AND, OR dan NOT.

Pseudocode

Pseudocode pada algoritma MD5 adalah sebagai berikut.

//Catatan: Seluruh variable pada unsigned integer 32-bit dan dan wrap modulo 2^32 saat melakukan perhitungan

//Mendefinisikan r sebagai berikut
var int[64] r, k
r[ 0..15] := {7, 12, 17, 22,  7, 12, 17, 22,  7, 12, 17, 22,  7, 12, 17, 22}
r[16..31] := {5,  9, 14, 20,  5,  9, 14, 20,  5,  9, 14, 20,  5,  9, 14, 20}
r[32..47] := {4, 11, 16, 23,  4, 11, 16, 23,  4, 11, 16, 23,  4, 11, 16, 23}
r[48..63] := {6, 10, 15, 21,  6, 10, 15, 21,  6, 10, 15, 21,  6, 10, 15, 21}

//Menggunakan bagian fraksional biner dari integral sinus sebagai konstanta:
for i from 0 to 63
    k[i] := floor(abs(sin(i + 1)) × 2^32)

//Inisialisasi variabel:
var int h0 := 0x67452301
var int h1 := 0xEFCDAB89
var int h2 := 0x98BADCFE
var int h3 := 0x10325476

//Pemrosesan awal:
append "1" bit to message
append "0" bits until message length in bits ≡ 448 (mod 512)
append bit length of message as 64-bit little-endian integer to message

//Pengolahan pesan paada kondisi gumpalan 512-bit:
for each 512-bit chunk of message
    break chunk into sixteen 32-bit little-endian words w(i), 0 ≤ i ≤ 15

    //Inisialisasi nilai hash pada gumpalan ini:
    var int a := h0
    var int b := h1
    var int c := h2
    var int d := h3

    //Kalang utama:
    for i from 0 to 63
        if 0 ≤ i ≤ 15 then
            f := (b and c) or ((not b) and d)
            g := i
        else if 16 ≤ i ≤ 31
            f := (d and b) or ((not d) and c)
            g := (5×i + 1) mod 16
        else if 32 ≤ i ≤ 47
            f := b xor c xor d
            g := (3×i + 5) mod 16
        else if 48 ≤ i ≤ 63
            f := c xor (b or (not d))
            g := (7×i) mod 16
 
        temp := d
        d := c
        c := b
        b := ((a + f + k(i) + w(g)) leftrotate r(i)) + b
        a := temp

    //Tambahkan hash dari gumpalan sebagai hasil:
    h0 := h0 + a
    h1 := h1 + b 
    h2 := h2 + c
    h3 := h3 + d

var int digest := h0 append h1 append h2 append h3 //(diwujudkan dalam little-endian)

Catatan: Meskipun rumusan dari yang tertera pada RFC 1321, berikut ini sering digunakan untuk meningkatkan efisiensi:

(0  ≤ i ≤ 15): f := d xor (b and (c xor d))
(16 ≤ i ≤ 31): f := c xor (d and (b xor c))

Hash-hash MD5

Hash-hash MD5 sepanjang 128-bit (16-byte), yang dikenal juga sebagai ringkasan pesan, secara tipikal ditampilkan dalam bilangan heksadesimal 32-digit. Berikut ini merupakan contoh pesan ASCII sepanjang 43-byte sebagai masukan dan hash MD5 terkait:

MD5("The quick brown fox jumps over the lazy dog") = 9e107d9d372bb6826bd81d3542a419d6

Bahkan perubahan yang kecil pada pesan akan (dengan probabilitas lebih) menghasilkan hash yang benar-benar berbeda, misalnya pada kata "dog", huruf d diganti menjadi c:

MD5("The quick brown fox jumps over the lazy cog") = 1055d3e698d289f2af8663725127bd4b

Hash dari panjang-nol ialah:

MD5("") = d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e