計(jì)算文件MD5值，判斷唯一性(win32-API)

一、前言

在當(dāng)今數(shù)字化世界中，數(shù)據(jù)的完整性和安全性變得日益重要。MD5（Message-Digest Algorithm 5）作為一種被廣泛接受的密碼散列函數(shù)，它能夠生成一個(gè)固定長(zhǎng)度的128位（16字節(jié)）散列值，也稱為摘要，用于確保信息傳輸?shù)耐暾恢隆D5算法的特點(diǎn)在于它能夠?qū)⑷我忾L(zhǎng)度的信息轉(zhuǎn)換為一個(gè)固定長(zhǎng)度的輸出，這個(gè)過(guò)程是單向的，即很難從散列值反推原始信息，同時(shí)即使是微小的變化也會(huì)導(dǎo)致完全不同的散列值，這使得MD5成為檢測(cè)文件篡改和數(shù)據(jù)一致性驗(yàn)證的有力工具。

在Windows環(huán)境下，尤其是在Win32 API中，計(jì)算文件的MD5值是判斷文件唯一性的一種常見(jiàn)做法。這是因?yàn)镸D5值可以視為文件的一個(gè)“指紋”，只要文件內(nèi)容有任何變化，其MD5值就會(huì)改變，從而可以迅速識(shí)別出文件是否被修改過(guò)。這一特性在軟件分發(fā)、數(shù)據(jù)備份、數(shù)字簽名以及密碼存儲(chǔ)等場(chǎng)景中尤為重要。例如，軟件開(kāi)發(fā)者在分發(fā)軟件包時(shí)，會(huì)提供相應(yīng)的MD5值，用戶下載后可以計(jì)算下載文件的MD5并與官方提供的值進(jìn)行對(duì)比，以確認(rèn)下載文件未被篡改。

實(shí)現(xiàn)文件MD5值的計(jì)算在C語(yǔ)言中可以通過(guò)調(diào)用Windows的CryptoAPI來(lái)完成。CryptoAPI提供了加密和散列功能，其中包括MD5算法的實(shí)現(xiàn)。

下面是一個(gè)基于Win32 API的C語(yǔ)言示例，展示如何讀取文件并計(jì)算其MD5值：

#include <windows.h>
#include <stdio.h>
#include <wincrypt.h>

void print_hex(const BYTE *data, DWORD len) {
    for (DWORD i = 0; i < len; ++i) {
        printf("%02X", data[i]);
    }
}

int main() {
    HANDLE hFile;
    HCRYPTPROV hCryptProv;
    HCRYPTHASH hHash;
    DWORD dwDataLen;
    BYTE *pbData;
    DWORD dwHashSize = 0;
    BYTE *pbHash;

    // 打開(kāi)文件
    hFile = CreateFile("testfile.txt", GENERIC_READ, 0, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
    if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE) {
        printf("CreateFile failed (%d)n", GetLastError());
        return 1;
    }

    // 獲取文件大小
    dwDataLen = GetFileSize(hFile, NULL);
    pbData = (BYTE *)malloc(dwDataLen);

    // 讀取文件
    ReadFile(hFile, pbData, dwDataLen, &dwDataLen, NULL);

    // 初始化CryptoAPI
    if (!CryptAcquireContext(&hCryptProv, NULL, NULL, PROV_RSA_FULL, CRYPT_VERIFYCONTEXT)) {
        printf("CryptAcquireContext failed (%d)n", GetLastError());
        return 1;
    }

    // 創(chuàng)建散列對(duì)象
    if (!CryptCreateHash(hCryptProv, CALG_MD5, 0, 0, &hHash)) {
        printf("CryptCreateHash failed (%d)n", GetLastError());
        return 1;
    }

    // 計(jì)算散列值
    if (!CryptHashData(hHash, pbData, dwDataLen, 0)) {
        printf("CryptHashData failed (%d)n", GetLastError());
        return 1;
    }

    // 獲取散列值大小
    CryptGetHashParam(hHash, HP_HASHSIZE, (BYTE *)&dwHashSize, 0, 0);
    pbHash = (BYTE *)malloc(dwHashSize);

    // 獲取散列值
    CryptGetHashParam(hHash, HP_HASHVAL, pbHash, &dwHashSize, 0);

    // 輸出MD5值
    print_hex(pbHash, dwHashSize);
    printf("n");

    // 清理
    CryptDestroyHash(hHash);
    CryptReleaseContext(hCryptProv, 0);
    free(pbData);
    free(pbHash);
    CloseHandle(hFile);

    return 0;
}

此程序先打開(kāi)并讀取指定文件的內(nèi)容，然后利用CryptoAPI的函數(shù)初始化一個(gè)安全上下文，創(chuàng)建一個(gè)MD5散列對(duì)象，并將文件數(shù)據(jù)傳遞給CryptHashData函數(shù)來(lái)計(jì)算散列值。最后，CryptGetHashParam函數(shù)用于獲取散列值，然后將其輸出。

二、代碼實(shí)操

2.1 函數(shù)接口介紹

在Windows平臺(tái)下，使用Win32 API計(jì)算MD5值主要依賴于CryptoAPI（Cryptographic Application Programming Interface）。CryptoAPI是Windows操作系統(tǒng)提供的一組用于加密和散列操作的函數(shù)集，其中包括計(jì)算MD5散列值的能力。

以下是使用Win32 API計(jì)算MD5值涉及到的主要函數(shù)接口：

（1）CryptAcquireContext()

• 功能：獲取一個(gè)加密服務(wù)提供者（CSP）的句柄。CSP是用于執(zhí)行加密操作的軟件模塊。
• 參數(shù)：
  • PHCRYPTPROV phCryptProv：返回的CSP句柄。
  • LPCSTR pszContainer：容器名稱，通常為NULL表示使用默認(rèn)容器。
  • LPCSTR pszProvider：提供者的名稱，如MS_ENH_RSA_AES_PROV或PROV_RSA_FULL。
  • DWORD dwProvType：提供者類(lèi)型。
  • DWORD dwFlags：標(biāo)志，如CRYPT_VERIFYCONTEXT。

（2）CryptCreateHash()

• 功能：使用指定的算法創(chuàng)建一個(gè)散列對(duì)象。
• 參數(shù)：
  • HCRYPTPROV hCryptProv：從CryptAcquireContext()獲得的CSP句柄。
  • ALG_ID Algid：算法ID，對(duì)于MD5是CALG_MD5。
  • HCRYPTHASH hHash：返回的散列對(duì)象句柄。
  • DWORD dwFlags：標(biāo)志，通常為0。

（3）CryptHashData()

• 功能：向散列對(duì)象中添加數(shù)據(jù)。
• 參數(shù)：
  • HCRYPTHASH hHash：散列對(duì)象句柄。
  • const BYTE *pbData：指向要散列的數(shù)據(jù)的指針。
  • DWORD dwDataLen：數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。
  • DWORD dwFlags：標(biāo)志，通常為0。

（4）CryptGetHashParam()

• 功能：從散列對(duì)象中獲取參數(shù)，如散列值。
• 參數(shù)：
  • HCRYPTHASH hHash：散列對(duì)象句柄。
  • HASHPARAM dwParam：請(qǐng)求的參數(shù)類(lèi)型，對(duì)于散列值是HP_HASHVAL。
  • BYTE *pbData：返回參數(shù)數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。
  • DWORD *pdwDataLen：緩沖區(qū)的長(zhǎng)度。
  • DWORD dwFlags：標(biāo)志，通常為0。

（5）CryptDestroyHash()

• 功能：銷(xiāo)毀散列對(duì)象。
• 參數(shù)：
  • HCRYPTHASH hHash：要銷(xiāo)毀的散列對(duì)象句柄。

（6）CryptReleaseContext()

• 功能：釋放CSP句柄。
• 參數(shù)：
  • HCRYPTPROV hCryptProv：要釋放的CSP句柄。
  • DWORD dwFlags：保留供將來(lái)使用，通常為0。

一個(gè)典型的使用流程如下：

1. 調(diào)用CryptAcquireContext()獲取CSP句柄。
2. 使用CryptCreateHash()創(chuàng)建散列對(duì)象。
3. 多次調(diào)用CryptHashData()將文件數(shù)據(jù)塊傳遞給散列對(duì)象。
4. 調(diào)用CryptGetHashParam()獲取散列值。
5. 使用CryptDestroyHash()銷(xiāo)毀散列對(duì)象。
6. 最后，調(diào)用CryptReleaseContext()釋放CSP句柄。

這些函數(shù)通常會(huì)返回一個(gè)布爾值或錯(cuò)誤代碼，用于指示操作是否成功，因此在調(diào)用這些函數(shù)后，應(yīng)檢查返回值并適當(dāng)處理錯(cuò)誤。在處理文件數(shù)據(jù)時(shí)，通常需要將文件分成多個(gè)塊進(jìn)行處理，以防止內(nèi)存不足或提高性能。

2.2 計(jì)算指定文件的MD5值

開(kāi)發(fā)環(huán)境：在Windows下安裝一個(gè)VS即可。我當(dāng)前采用的版本是VS2020。

下面是一個(gè)使用C語(yǔ)言和Windows CryptoAPI計(jì)算文件MD5值的完整示例代碼。

此代碼將打開(kāi)一個(gè)文件，讀取其內(nèi)容，并使用CryptoAPI計(jì)算MD5散列值，最后將結(jié)果以十六進(jìn)制形式輸出到控制臺(tái)。

#include <windows.h>
#include <stdio.h>
#include <wincrypt.h>

void PrintBufferAsHex(const BYTE* buffer, DWORD length) {
    for (DWORD i = 0; i < length; i++) {
        printf("%02X", buffer[i]);
    }
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    if (argc < 2) {
        printf("Usage: %s <filename>n", argv[0]);
        return 1;
    }

    HANDLE hFile;
    HCRYPTPROV hCryptProv;
    HCRYPTHASH hHash;
    DWORD dwDataLen;
    BYTE* pbData;
    DWORD dwHashSize;
    BYTE* pbHash;

    // Open the file
    hFile = CreateFile(argv[1], GENERIC_READ, 0, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
    if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE) {
        printf("Failed to open file: %dn", GetLastError());
        return 1;
    }

    // Get file size
    dwDataLen = GetFileSize(hFile, NULL);
    pbData = (BYTE*)malloc(dwDataLen);
    if (pbData == NULL) {
        printf("Memory allocation failed.n");
        CloseHandle(hFile);
        return 1;
    }

    // Read file into buffer
    DWORD bytesRead;
    if (!ReadFile(hFile, pbData, dwDataLen, &bytesRead, NULL) || bytesRead != dwDataLen) {
        printf("ReadFile failed: %dn", GetLastError());
        free(pbData);
        CloseHandle(hFile);
        return 1;
    }

    // Initialize CryptoAPI
    if (!CryptAcquireContext(&hCryptProv, NULL, NULL, PROV_RSA_FULL, CRYPT_VERIFYCONTEXT)) {
        printf("CryptAcquireContext failed: %dn", GetLastError());
        free(pbData);
        CloseHandle(hFile);
        return 1;
    }

    // Create hash object
    if (!CryptCreateHash(hCryptProv, CALG_MD5, 0, 0, &hHash)) {
        printf("CryptCreateHash failed: %dn", GetLastError());
        CryptReleaseContext(hCryptProv, 0);
        free(pbData);
        CloseHandle(hFile);
        return 1;
    }

    // Hash data
    if (!CryptHashData(hHash, pbData, dwDataLen, 0)) {
        printf("CryptHashData failed: %dn", GetLastError());
        CryptDestroyHash(hHash);
        CryptReleaseContext(hCryptProv, 0);
        free(pbData);
        CloseHandle(hFile);
        return 1;
    }

    // Get hash size
    dwHashSize = sizeof(DWORD);
    if (!CryptGetHashParam(hHash, HP_HASHSIZE, (BYTE*)&dwHashSize, &dwHashSize, 0)) {
        printf("CryptGetHashParam failed: %dn", GetLastError());
        CryptDestroyHash(hHash);
        CryptReleaseContext(hCryptProv, 0);
        free(pbData);
        CloseHandle(hFile);
        return 1;
    }

    // Allocate memory for hash result
    pbHash = (BYTE*)malloc(dwHashSize);
    if (pbHash == NULL) {
        printf("Memory allocation failed.n");
        CryptDestroyHash(hHash);
        CryptReleaseContext(hCryptProv, 0);
        free(pbData);
        CloseHandle(hFile);
        return 1;
    }

    // Get hash value
    if (!CryptGetHashParam(hHash, HP_HASHVAL, pbHash, &dwHashSize, 0)) {
        printf("CryptGetHashParam failed: %dn", GetLastError());
        free(pbHash);
        CryptDestroyHash(hHash);
        CryptReleaseContext(hCryptProv, 0);
        free(pbData);
        CloseHandle(hFile);
        return 1;
    }

    // Print hash value in hex format
    printf("MD5 of '%s': ", argv[1]);
    PrintBufferAsHex(pbHash, dwHashSize);
    printf("n");

    // Clean up
    free(pbHash);
    free(pbData);
    CryptDestroyHash(hHash);
    CryptReleaseContext(hCryptProv, 0);
    CloseHandle(hFile);

    return 0;
}

在運(yùn)行此代碼之前，這個(gè)程序假設(shè)文件可以一次性讀入內(nèi)存；對(duì)于大文件，需要分塊讀取并多次調(diào)用CryptHashData()。