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MD5是Message Digest Algorithm 5的缩写，是一种广泛使用的密码散列函数。它能够将任意长度的输入数据转换为固定长度的128位散列值，通常表示为32位十六进制字符串。例如，输入Hello World，经过MD5算法处理后，会得到一个唯一的32位十六进制输出。这种转换过程是确定性的，相同的输入总是产生相同的输出。
MD5算法具有四个重要特性。首先是确定性，相同的输入总是产生相同的输出。其次是雪崩效应，输入数据的微小变化会导致输出的巨大差异，比如Hello和Hallo仅一个字母不同，但MD5值完全不同。第三是不可逆性，无法从散列值推导出原始输入。最后是固定输出长度，无论输入多长，输出始终是128位。这些特性使MD5成为数据完整性验证的有效工具。
MD5算法包含四个主要步骤。首先是消息填充，将输入消息填充至长度为448位模512。然后附加64位长度信息，使总长度为512的倍数。接下来初始化四个32位MD缓冲区寄存器。最后进行主循环处理，对每个512位分组执行四轮运算，分别使用F、G、H、I四个非线性函数，每轮包含16次操作，最终产生128位的散列值。
让我们通过Hello World这个具体例子来演示MD5的计算过程。首先将文本转换为十六进制表示48656C6C6F20576F726C64。然后进行消息填充，将数据填充至448位。接着附加64位长度信息，表示原始消息长度为88位。将填充后的512位数据分组，通过四轮运算处理，每轮使用不同的非线性函数F、G、H、I。最终得到128位散列值b10a8db164e0754105b7a99be72e3fe5。
MD5在实际应用中有多个重要场景。首先是文件完整性验证，通过比较文件的MD5值来检测是否被篡改。其次是密码存储，系统不直接存储用户密码，而是存储其MD5散列值。还用于数字签名验证数据来源和完整性。在数据去重方面，可以通过MD5值快速识别重复文件。此外，MD5还常用作缓存系统的键值，为数据生成唯一标识符。这些应用充分利用了MD5快速计算和输出唯一性的特点。