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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
! V) i  j& |2 [( r. o' JSHA-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。' }; O; A( [' c, r. r
SHA-256算法特点
% ^  V; z* R1 ]% L) f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。4 ]& s4 W5 ~; M# L0 S' r
不可逆性:无法从SHA-256哈希值逆向还原出原始数据。2 h, C' Y" W& A2 O
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。- a  G, m7 a1 Y) i7 c
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。
5 H, ~& |" w/ n0 kSHA-256算法原理" J' M# P" m6 C9 q
SHA-256算法的核心原理包括以下步骤:  j' d9 G- ?: u$ g# A
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。3 U. D# B+ S# b3 J5 l
初始哈希值:设置初始哈希值(8个32位字)。. G- B/ |1 Y( \# m4 F* L4 _
消息分块:将填充后的数据分成若干个512位的消息块。
1 j3 v+ p  Z# G; t5 P消息调度:对每个消息块进行消息调度,得到64个32位字。
& Q* Q( u( C6 F. L2 K) r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。) [* W+ y6 A! q2 A  d) f9 I
循环处理:重复4和5步骤,直到所有消息块都处理完毕。+ v3 J9 K% b1 X0 G7 |
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。4 I; k. y9 Q: q. R& z. C4 t, x" H
C语言实现SHA-256算法9 G/ C/ l3 u3 @1 h
以下是C语言实现SHA-256算法的代码示例:7 A! M' q" z/ c( O
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>
#define ROTRIGHT(word, bits) (((word) >> (bits)) | ((word) << (32 - (bits))))
#define CH(x, y, z) (((x) & (y)) ^ (~(x) & (z)))
#define MAJ(x, y, z) (((x) & (y)) ^ ((x) & (z)) ^ ((y) & (z)))
#define EP0(x) (ROTRIGHT(x, 2) ^ ROTRIGHT(x, 13) ^ ROTRIGHT(x, 22))
#define EP1(x) (ROTRIGHT(x, 6) ^ ROTRIGHT(x, 11) ^ ROTRIGHT(x, 25))
#define SIG0(x) (ROTRIGHT(x, 7) ^ ROTRIGHT(x, 18) ^ ((x) >> 3))
#define SIG1(x) (ROTRIGHT(x, 17) ^ ROTRIGHT(x, 19) ^ ((x) >> 10))
// 定义SHA-256的初始哈希值
uint32_t initial_hash[] = {
    0x6a09e667, 0xbb67ae85, 0x3c6ef372, 0xa54ff53a,
    0x510e527f, 0x9b05688c, 0x1f83d9ab, 0x5be0cd19
};
// 定义SHA-256常量K
uint32_t K[] = {
    0x428a2f98, 0x71374491, 0xb5c0fbcf, 0xe9b5dba5,
    0x3956c25b, 0x59f111f1, 0x923f82a4, 0xab1c5ed5,
    // ...
};
// SHA-256的数据结构
typedef struct {
    uint8_t data[64];
    uint32_t datalen;
    uint64_t bitlen;
    uint32_t state[8];
} SHA256_CTX;
// 初始化SHA-256上下文
void sha256_init(SHA256_CTX *ctx);
// 更新SHA-256哈希值
void sha256_update(SHA256_CTX *ctx, const uint8_t data[], size_t len);
// 计算SHA-256哈希值
void sha256_final(SHA256_CTX *ctx, uint8_t hash[]);
int main() {
    SHA256_CTX ctx;
    uint8_t data[] = "Hello, SHA-256!";
    uint8_t hash[32];
    sha256_init(&ctx);
    sha256_update(&ctx, data, strlen((char *)data));
    sha256_final(&ctx, hash);
    printf("SHA-256 Hash: ");
    for (int i = 0; i < 32; i++) {
        printf("%02x", hash[i]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}
C++实现SHA-256算法, m, D6 L- _" T1 L
以下是C++语言实现SHA-256算法的代码示例:/ q- P7 M( t# M0 R$ W
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdint>
class SHA256 {
public:
    SHA256();
    void update(const std::string& message);
    std::string final();
private:
    uint32_t state[8];
    uint8_t buffer[64];
    uint64_t bitlen;
    uint32_t K[64];
    void transform();
};
int main() {
    SHA256 sha256;
    std::string message = "Hello, SHA-256!";
    sha256.update(message);
    std::string hash = sha256.final();
    std::cout << "SHA-256 Hash: " << hash << std::endl;
    return 0;
}
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。
  v3 K* M7 O2 L8 K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。
* v1 X, M9 G1 U" n* M6 S1 e
" B% h: `! O: [/ M
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