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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0 A+ V1 d0 o+ U9 z" K9 V
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。6 ]& b& t, {7 q5 Q4 l. g# E: H
SHA-256算法特点
0 ]  q6 T( F: f( r; c$ {: J( M8 A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。& m8 c; y" k0 y3 T' _6 j: q
不可逆性:无法从SHA-256哈希值逆向还原出原始数据。; g# U0 W% d5 Q( E0 t6 a) p% {
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。' T5 D. v7 h( V5 @# r
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。
0 Z/ l% E, a5 h5 u" ~; NSHA-256算法原理3 c* T6 x- r' J  Z0 z
SHA-256算法的核心原理包括以下步骤:  Z8 t* g0 T- V0 S
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。( }: Y! z- O1 V0 K! X; V* }; ~+ ^
初始哈希值:设置初始哈希值(8个32位字)。; }# O6 G. X- C2 Z5 n
消息分块:将填充后的数据分成若干个512位的消息块。! u2 q9 W! |7 z0 v4 g
消息调度:对每个消息块进行消息调度,得到64个32位字。7 M. \0 Y& t! o; K7 N& Y
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。: f8 i7 b+ x3 _/ P- \
循环处理:重复4和5步骤,直到所有消息块都处理完毕。
' j2 m) m% M. g- ~& ?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。' @$ y$ R4 Z' a7 s( C) T9 ]+ _
C语言实现SHA-256算法- U2 k9 L- e" k$ B: x
以下是C语言实现SHA-256算法的代码示例:
8 D6 L* Y' t; m  w; m1 [) c
#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, q) Q3 f* z( d- h
以下是C++语言实现SHA-256算法的代码示例:; {& m1 \$ I7 V+ }
#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。2 |/ a1 S1 [* f- ~; p
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。: _. o( l0 ?4 B5 x- J2 q

7 }3 R! F1 t/ P
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