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[C/C++/Qt] C/C++之SHA-256算法

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发表于 2023-10-23 13:34:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
概述9 n8 l+ P% P$ ]5 t  _
SHA-256代表"Secure Hash Algorithm 256-bit",是一种安全的哈希算法,输出固定长度的256位(32字节)哈希值。SHA-256被广泛用于加密、数字签名、密码学以及区块链等领域,因为它提供了高度的安全性和抗碰撞性。( `: |% i# V; D' a- N
SHA-256算法特点
' s* D/ j7 L9 e  J* o% q. r固定长度输出:SHA-256算法的输出是256位,无论输入的数据大小如何,始终产生相同长度的哈希值。
1 b$ S! s) j) U$ D1 d8 i: x  E3 I不可逆性:无法从SHA-256哈希值逆向还原出原始数据。
5 w1 E( o1 J/ K/ U% C高度抗碰撞性:SHA-256算法被广泛认为是具有极高抗碰撞性的哈希算法,即使输入数据微小的变化也会导致完全不同的哈希值。' ^8 T: J4 R9 ]" K& j7 g
困难的碰撞攻击:要找到两个不同的输入,产生相同的SHA-256哈希值,需要极大的计算能力和时间。
. [# @6 h: [. |# d+ ~; Q8 QSHA-256算法原理
2 A. E9 h! y1 Y( P! ?SHA-256算法的核心原理包括以下步骤:
" [# ]: ^" N8 j8 B数据填充:将输入数据填充到满足一定长度要求的块,通常为512位。0 W% j+ L: k6 E2 {7 |/ N9 ~
初始哈希值:设置初始哈希值(8个32位字)。  K! ?# C) y7 f& ^
消息分块:将填充后的数据分成若干个512位的消息块。
7 h0 \; p( T' @4 ?消息调度:对每个消息块进行消息调度,得到64个32位字。5 s. `" S  i5 f' C" G
压缩函数:将消息块与前一个哈希值一起传递给压缩函数,产生新的哈希值。
% G; j  g8 z6 c6 G. g! l循环处理:重复4和5步骤,直到所有消息块都处理完毕。
; i; D5 X+ U  K: R最终哈希值:将最后得到的哈希值连接在一起,即得到SHA-256的256位哈希值。
9 B  M/ f' e9 Q7 uC语言实现SHA-256算法* V  \# W! v9 R( f, C" N- v
以下是C语言实现SHA-256算法的代码示例:
  i2 q# c% V% N- y  V% H; Z2 q6 T
  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdint.h>
  3. #include <string.h>
  4. #define ROTRIGHT(word, bits) (((word) >> (bits)) | ((word) << (32 - (bits))))
  5. #define CH(x, y, z) (((x) & (y)) ^ (~(x) & (z)))
  6. #define MAJ(x, y, z) (((x) & (y)) ^ ((x) & (z)) ^ ((y) & (z)))
  7. #define EP0(x) (ROTRIGHT(x, 2) ^ ROTRIGHT(x, 13) ^ ROTRIGHT(x, 22))
  8. #define EP1(x) (ROTRIGHT(x, 6) ^ ROTRIGHT(x, 11) ^ ROTRIGHT(x, 25))
  9. #define SIG0(x) (ROTRIGHT(x, 7) ^ ROTRIGHT(x, 18) ^ ((x) >> 3))
  10. #define SIG1(x) (ROTRIGHT(x, 17) ^ ROTRIGHT(x, 19) ^ ((x) >> 10))
  11. // 定义SHA-256的初始哈希值
  12. uint32_t initial_hash[] = {
  13.     0x6a09e667, 0xbb67ae85, 0x3c6ef372, 0xa54ff53a,
  14.     0x510e527f, 0x9b05688c, 0x1f83d9ab, 0x5be0cd19
  15. };
  16. // 定义SHA-256常量K
  17. uint32_t K[] = {
  18.     0x428a2f98, 0x71374491, 0xb5c0fbcf, 0xe9b5dba5,
  19.     0x3956c25b, 0x59f111f1, 0x923f82a4, 0xab1c5ed5,
  20.     // ...
  21. };
  22. // SHA-256的数据结构
  23. typedef struct {
  24.     uint8_t data[64];
  25.     uint32_t datalen;
  26.     uint64_t bitlen;
  27.     uint32_t state[8];
  28. } SHA256_CTX;
  29. // 初始化SHA-256上下文
  30. void sha256_init(SHA256_CTX *ctx);
  31. // 更新SHA-256哈希值
  32. void sha256_update(SHA256_CTX *ctx, const uint8_t data[], size_t len);
  33. // 计算SHA-256哈希值
  34. void sha256_final(SHA256_CTX *ctx, uint8_t hash[]);
  35. int main() {
  36.     SHA256_CTX ctx;
  37.     uint8_t data[] = "Hello, SHA-256!";
  38.     uint8_t hash[32];
  39.     sha256_init(&ctx);
  40.     sha256_update(&ctx, data, strlen((char *)data));
  41.     sha256_final(&ctx, hash);
  42.     printf("SHA-256 Hash: ");
  43.     for (int i = 0; i < 32; i++) {
  44.         printf("%02x", hash[i]);
  45.     }
  46.     printf("\n");
  47.     return 0;
  48. }
C++实现SHA-256算法& V; E" J( d: n; [9 f  Y; c
以下是C++语言实现SHA-256算法的代码示例:
5 Y6 l7 z+ H$ s1 i
  1. #include <iostream>
  2. #include <string>
  3. #include <cstdint>
  4. class SHA256 {
  5. public:
  6.     SHA256();
  7.     void update(const std::string& message);
  8.     std::string final();
  9. private:
  10.     uint32_t state[8];
  11.     uint8_t buffer[64];
  12.     uint64_t bitlen;
  13.     uint32_t K[64];
  14.     void transform();
  15. };
  16. int main() {
  17.     SHA256 sha256;
  18.     std::string message = "Hello, SHA-256!";
  19.     sha256.update(message);
  20.     std::string hash = sha256.final();
  21.     std::cout << "SHA-256 Hash: " << hash << std::endl;
  22.     return 0;
  23. }
此处省略了C++实现的具体细节,但你可以轻松地找到开源的SHA-256 C++库,用于在实际项目中使用。2 w8 P2 L9 s$ b* D3 I& O! S
通过本篇文章,你应该对SHA-256算法有了更深入的了解,并能够使用C和C++编程语言实现SHA-256哈希算法来保护数据的完整性和安全性。SHA-256的强大安全性使其成为密码学和数据安全领域的不可或缺的工具。' p( n$ W+ D; Y: e: @
- R7 a; g0 d7 L- y: C; |4 r! g5 h+ N
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