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144 lines
5.3 KiB
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/*
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* Filename: sha256.hpp
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* Author: L.Y.
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* Brief: SHA256算法实现
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* Version: V1.0.0
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* Update log:
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* 1）20191108-20191113 V1.0.0
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* 1、初次版本。
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* TODO:
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* Attention:
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* 1）输入信息中有中文时，得到的数字指纹与使用SHA256在线加密工具得到数字指纹可能不相同。
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* 原因是中文的编码方式不同。
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*/
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#ifndef SHA256_HPP
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#define SHA256_HPP
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#include <stdint.h>
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#include <string>
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#include <vector>
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namespace digest
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{
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//
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// \brief: SHA256算法实现
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//
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class Sha256
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{
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public:
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//! 默认构造函数
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Sha256() {}
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//! 析构函数
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virtual ~Sha256() {}
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/** @brief: 使用SHA256算法，获取输入信息的摘要（数字指纹）
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@param[in] message: 输入信息
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@param[out] _digest: 摘要（数字指纹）
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@return: 是否成功
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*/
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bool encrypt(const std::vector<uint8_t>& message,
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std::vector<uint8_t>* _digest);
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/** @brief: 获取十六进制表示的信息摘要（数字指纹）
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@param[in] message: 输入信息
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@return: 十六进制表示的信息摘要（数字指纹）
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*/
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std::string getHexMessageDigest(const std::string& message);
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protected:
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/////// SHA256算法中定义的6种逻辑运算 ///////
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inline uint32_t ch(uint32_t x, uint32_t y, uint32_t z) const;
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inline uint32_t maj(uint32_t x, uint32_t y, uint32_t z) const;
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inline uint32_t big_sigma0(uint32_t x) const;
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inline uint32_t big_sigma1(uint32_t x) const;
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inline uint32_t small_sigma0(uint32_t x) const;
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inline uint32_t small_sigma1(uint32_t x) const;
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/** @brief: SHA256算法对输入信息的预处理，包括“附加填充比特”和“附加长度值”
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附加填充比特: 在报文末尾进行填充，先补第一个比特为1，然后都补0，直到长度满足对512取模后余数是448。需要注意的是，信息必须进行填充。
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附加长度值: 用一个64位的数据来表示原始消息（填充前的消息）的长度，并将其补到已经进行了填充操作的消息后面。
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@param[in][out] _message: 待处理的信息
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@return: 是否成功
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*/
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bool preprocessing(std::vector<uint8_t>* _message) const;
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/** @brief: 将信息分解成连续的64Byte大小的数据块
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@param[in] message: 输入信息，长度为64Byte的倍数
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@param[out] _chunks: 输出数据块
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@return: 是否成功
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*/
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bool breakTextInto64ByteChunks(const std::vector<uint8_t>& message,
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std::vector<std::vector<uint8_t>>* _chunks) const;
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/** @brief: 由64Byte大小的数据块，构造出64个4Byte大小的字。
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构造算法：前16个字直接由数据块分解得到，其余的字由如下迭代公式得到：
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W[t] = small_sigma1(W[t-2]) + W[t-7] + small_sigma0(W[t-15]) + W[t-16]
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@param[in] chunk: 输入数据块，大小为64Byte
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@param[out] _words: 输出字
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@return: 是否成功
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*/
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bool structureWords(const std::vector<uint8_t>& chunk,
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std::vector<uint32_t>* _words) const;
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/** @breif: 基于64个4Byte大小的字，进行64次循环加密
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@param[in] words: 64个4Byte大小的字
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@param[in][out] _message_digest: 信息摘要
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@return: 是否成功
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*/
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bool transform(const std::vector<uint32_t>& words,
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std::vector<uint32_t>* _message_digest) const;
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/** @brief: 输出最终的哈希值（数字指纹）
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@param[in] input: 步长为32bit的哈希值
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@param[out] _output: 步长为8bit的哈希值
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@return: 是否成功
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*/
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bool produceFinalHashValue(const std::vector<uint32_t>& input,
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std::vector<uint8_t>* _output) const;
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private:
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static std::vector<uint32_t> initial_message_digest_; // 在SHA256算法中的初始信息摘要，这些常量是对自然数中前8个质数的平方根的小数部分取前32bit而来。
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static std::vector<uint32_t> add_constant_; // 在SHA256算法中，用到64个常量，这些常量是对自然数中前64个质数的立方根的小数部分取前32bit而来。
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};
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///////////////////////////////// 内联函数&模版函数的定义 /////////////////////////////////////////
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inline uint32_t Sha256::ch(uint32_t x, uint32_t y, uint32_t z) const
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{
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return (x & y) ^ ((~x) & z);
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}
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inline uint32_t Sha256::maj(uint32_t x, uint32_t y, uint32_t z) const
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{
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return (x & y) ^ (x & z) ^ (y & z);
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}
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inline uint32_t Sha256::big_sigma0(uint32_t x) const
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{
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return (x >> 2 | x << 30) ^ (x >> 13 | x << 19) ^ (x >> 22 | x << 10);
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}
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inline uint32_t Sha256::big_sigma1(uint32_t x) const
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{
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return (x >> 6 | x << 26) ^ (x >> 11 | x << 21) ^ (x >> 25 | x << 7);
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}
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inline uint32_t Sha256::small_sigma0(uint32_t x) const
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{
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return (x >> 7 | x << 25) ^ (x >> 18 | x << 14) ^ (x >> 3);
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}
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inline uint32_t Sha256::small_sigma1(uint32_t x) const
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{
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return (x >> 17 | x << 15) ^ (x >> 19 | x << 13) ^ (x >> 10);
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}
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} // namespace ly
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#endif // SHA256_HPP
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