SHA1算法实现及详解
1 SHA1算法简介
安全哈希算法（Secure Hash Algorithm）主要适用于数字签名标准（Digital Signature Standard DSS）里面定义的数字签名算法（Digital Signature Algorithm DSA）。对于长度小于2^64位的消息，SHA1会产生一个160位的消息摘要。当接收到消息的时候，这个消息摘要可以用来验证数据的完整性。在传输的过程中，数据很可能会发生变化，那么这时候就会产生不同的消息摘要。
SHA1有如下特性：不可以从消息摘要中复原信息；两个不同的消息不会产生同样的消息摘要。
2 术语和概念
2.1位(Bit)，字节（Byte）和字（Word）
SHA1始终把消息当成一个位（bit）字符串来处理。本文中，一个“字”（Word）是32位，而一个“字节”（Byte）是8位。比如，字符串“abc”可以被转换成一个位字符串：01100001 01100010 01100011。它也可以被表示成16进制字符串: 0x616263.
2.2 运算符和符号
下面的逻辑运算符都被运用于“字”（Word）
X^Y = X， Y逻辑与
X \/ Y = X， Y逻辑或
X XOR Y= X， Y逻辑异或
~X = X逻辑取反
X+Y定义如下：
字 X 和 Y 代表两个整数 x 和y, 其中 0 <= x < 2^32 且 0 <= y < 2^32. 令整数z = (x + y) mod 2^32. 这时候 0 <= z < 2^32. 将z转换成字Z, 那么就是 Z = X + Y.
循环左移位操作符Sn(X)。X是一个字，n是一个整数，0<=n<=32。Sn(X) = (X<
X<
3 SHA1算法描述
在SHA1算法中，我们必须把原始消息（字符串，文件等）转换成位字符串。SHA1算法只接受位作为输入。假设我们对字符串“abc”产生消息摘要。首先，我们将它转换成位字符串如下：
01100001 01100010 01100011
―――――――――――――
‘a’=97 ‘b’=98 ‘c’=99
这个位字符串的长度为24。下面我们需要5个步骤来计算MD5。
3.1 补位
消息必须进行补位，以使其长度在对512取模以后的余数是448。也就是说，（补位后的消息长度）%512 = 448。即使长度已经满足对512取模后余数是448，补位也必须要进行。
补位是这样进行的：先补一个1，然后再补0，直到长度满足对512取模后余数是448。总而言之，补位是至少补一位，最多补512位。还是以前面的“abc”为例显示补位的过程。
原始信息： 01100001 01100010 01100011
补位第一步：01100001 01100010 01100011 1
首先补一个“1”
补位第二步：01100001 01100010 01100011 10…..0
然后补423个“0”
我们可以把最后补位完成后的数据用16进制写成下面的样子
61626380 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000
现在，数据的长度是448了，我们可以进行下一步操作。
3.2 补长度
所谓的补长度是将原始数据的长度补到已经进行了补位操作的消息后面。通常用一个64位的数据来表示原始消息的长度。如果消息长度不大于2^64，那么第一个字就是0。在进行了补长度的操作以后，整个消息就变成下面这样了（16进制格式）
61626380 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000018
如果原始的消息长度超过了512，我们需要将它补成512的倍数。然后我们把整个消息分成一个一个512位的数据块，分别处理每一个数据块，从而得到消息摘要。
3.3 使用的常量
一系列的常量字K(0), K(1), ... , K(79)，如果以16进制给出。它们如下：
Kt = 0x5A827999 (0 <= t <= 19)
Kt = 0x6ED9EBA1 (20 <= t <= 39)
Kt = 0x8F1BBCDC (40 <= t <= 59)
Kt = 0xCA62C1D6 (60 <= t <= 79).
3.4 需要使用的函数
在SHA1中我们需要一系列的函数。每个函数ft (0 <= t <= 79)都操作32位字B，C，D并且产生32位字作为输出。ft(B,C,D)可以如下定义
ft(B,C,D) = (B AND C) OR ((NOT B) AND D) ( 0 <= t <= 19)
ft(B,C,D) = B XOR C XOR D (20 <= t <= 39)
ft(B,C,D) = (B AND C) OR (B AND D) OR (C AND D) (40 <= t <= 59)
ft(B,C,D) = B XOR C XOR D (60 <= t <= 79).
3.5 计算消息摘要
必须使用进行了补位和补长度后的消息来计算消息摘要。计算需要两个缓冲区，每个都由5个32位的字组成，还需要一个80个32位字的缓冲区。第一个5个字的缓冲区被标识为A，B，C，D，E。第一个5个字的缓冲区被标识为H0, H1, H2, H3, H4
。80个字的缓冲区被标识为W0, W1,..., W79
另外还需要一个一个字的TEMP缓冲区。
为了产生消息摘要，在第4部分中定义的16个字的数据块M1, M2,..., Mn
会依次进行处理，处理每个数据块Mi 包含80个步骤。
在处理每个数据块之前，缓冲区{Hi} 被初始化为下面的值（16进制）
H0 = 0x67452301
H1 = 0xEFCDAB89
H2 = 0x98BADCFE
H3 = 0x10325476
H4 = 0xC3D2E1F0.
现在开始处理M1, M2, ... , Mn。为了处理 Mi,需要进行下面的步骤
(1). 将 Mi 分成 16 个字 W0, W1, ... , W15, W0 是最左边的字
(2). 对于 t = 16 到 79 令 Wt = S1(Wt-3 XOR Wt-8 XOR Wt- 14 XOR Wt-16).
(3). 令 A = H0, B = H1, C = H2, D = H3, E = H4.
(4) 对于 t = 0 到 79，执行下面的循环
TEMP = S5(A) + ft(B,C,D) + E + Wt + Kt;
E = D; D = C; C = S30(B); B = A; A = TEMP;
(5). 令 H0 = H0 + A, H1 = H1 + B, H2 = H2 + C, H3 = H3 + D, H4 = H4 + E.
在处理完所有的 Mn, 后，消息摘要是一个160位的字符串，以下面的顺序标识
H0 H1 H2 H3 H4.
对于SHA256,SHA384,SHA512。你也可以用相似的办法来计算消息摘要。对消息进行补位的算法完全是一样的。
实现代码：
#include
#include
#include
#include
//字节序的小头和大头的问题
#define ZEN_LITTLE_ENDIAN 0x0123
#define ZEN_BIG_ENDIAN 0x3210
//目前所有的代码都是为了小头党服务的，不知道有生之年这套代码是否还会为大头党服务一次？
#ifndef ZEN_BYTES_ORDER
#define ZEN_BYTES_ORDER ZEN_LITTLE_ENDIAN
#endif
#ifndef ZEN_SWAP_UINT16
#define ZEN_SWAP_UINT16(x) ((((x) & 0xff00) >> 8) | (((x) & 0x00ff) << 8))
#endif
#ifndef ZEN_SWAP_UINT32
#define ZEN_SWAP_UINT32(x) ((((x) & 0xff000000) >> 24) | (((x) & 0x00ff0000) >> 8) | \
(((x) & 0x0000ff00) << 8) | (((x) & 0x000000ff) << 24))
#endif
#ifndef ZEN_SWAP_UINT64
#define ZEN_SWAP_UINT64(x) ((((x) & 0xff00000000000000) >> 56) | (((x) & 0x00ff000000000000) >> 40) | \
(((x) & 0x0000ff0000000000) >> 24) | (((x) & 0x000000ff00000000) >> 8) | \
(((x) & 0x00000000ff000000) << 8 ) | (((x) & 0x0000000000ff0000) << 24) | \
(((x) & 0x000000000000ff00) << 40 ) | (((x) & 0x00000000000000ff) << 56))
#endif
//将一个（字符串）数组，拷贝到另外一个uint32_t数组，同时每个uint32_t反字节序
void *swap_uint32_memcpy(void *to, const void *from, size_t length)
{
memcpy(to, from, length);
size_t remain_len = (4 - (length & 3)) & 3;
//数据不是4字节的倍数,补充0
if (remain_len)
{
for (size_t i = 0; i < remain_len; ++i)
{
*((char *)(to) + length + i) = 0;
}
//调整成4的倍数
length += remain_len;
}
//所有的数据反转
for (size_t i = 0; i < length / 4; ++i)
{
((uint32_t *)to)[i] = ZEN_SWAP_UINT32(((uint32_t *)to)[i]);
}
return to;
}
///MD5的结果数据长度
static const size_t ZEN_MD5_HASH_SIZE = 16;
///SHA1的结果数据长度
static const size_t ZEN_SHA1_HASH_SIZE = 20;
namespace ZEN_LIB
{
/*!
@brief 求某个内存块的MD5，
@return unsigned char* 返回的的结果，
@param[in] buf 求MD5的内存BUFFER指针
@param[in] size BUFFER长度
@param[out] result 结果
*/
unsigned char *md5(const unsigned char *buf,
size_t size,
unsigned char result[ZEN_MD5_HASH_SIZE]);
/*!
@brief 求内存块BUFFER的SHA1值
@return unsigned char* 返回的的结果
@param[in] buf 求SHA1的内存BUFFER指针
@param[in] size BUFFER长度
@param[out] result 结果
*/
unsigned char *sha1(const unsigned char *buf,
size_t size,
unsigned char result[ZEN_SHA1_HASH_SIZE]);
};
//================================================================================================
//MD5的算法
//每次处理的BLOCK的大小
static const size_t ZEN_MD5_BLOCK_SIZE = 64;
//md5算法的上下文，保存一些状态，中间数据，结果
typedef struct md5_ctx
{
//处理的数据的长度
uint64_t length_;
//还没有处理的数据长度
uint64_t unprocessed_;
//取得的HASH结果（中间数据）
uint32_t hash_[4];
} md5_ctx;
#define ROTL32(dword, n) ((dword) << (n) ^ ((dword) >> (32 - (n))))
#define ROTR32(dword, n) ((dword) >> (n) ^ ((dword) << (32 - (n))))
#define ROTL64(qword, n) ((qword) << (n) ^ ((qword) >> (64 - (n))))
#define ROTR64(qword, n) ((qword) >> (n) ^ ((qword) << (64 - (n))))
/*!
@brief 内部函数，初始化MD5的context，内容
@param ctx
*/
static void zen_md5_init(md5_ctx *ctx)
{
ctx->length_ = 0;
ctx->unprocessed_ = 0;
/* initialize state */
ctx->hash_[0] = 0x67452301;
ctx->hash_[1] = 0xefcdab89;
ctx->hash_[2] = 0x98badcfe;
ctx->hash_[3] = 0x10325476;
}
/* First, define four auxiliary functions that each take as input
* three 32-bit words and returns a 32-bit word.*/
/* F(x,y,z) = ((y XOR z) AND x) XOR z - is faster then original version */
#define MD5_F(x, y, z) ((((y) ^ (z)) & (x)) ^ (z))
#define MD5_G(x, y, z) (((x) & (z)) | ((y) & (~z)))
#define MD5_H(x, y, z) ((x) ^ (y) ^ (z))
#define MD5_I(x, y, z) ((y) ^ ((x) | (~z)))
/* transformations for rounds 1, 2, 3, and 4. */
#define MD5_ROUND1(a, b, c, d, x, s, ac) { \
(a) += MD5_F((b), (c), (d)) + (x) + (ac); \
(a) = ROTL32((a), (s)); \
(a) += (b); \
}
#define MD5_ROUND2(a, b, c, d, x, s, ac) { \
(a) += MD5_G((b), (c), (d)) + (x) + (ac); \
(a) = ROTL32((a), (s)); \
(a) += (b); \
}
#define MD5_ROUND3(a, b, c, d, x, s, ac) { \
(a) += MD5_H((b), (c), (d)) + (x) + (ac); \
(a) = ROTL32((a), (s)); \
(a) += (b); \
}
#define MD5_ROUND4(a, b, c, d, x, s, ac) { \
(a) += MD5_I((b), (c), (d)) + (x) + (ac); \
(a) = ROTL32((a), (s)); \
(a) += (b); \
}
/*!
@brief 内部函数，将64个字节，16个uint32_t的数组进行摘要（杂凑）处理，处理的数据自己序是小头数据
@param state 存放处理的hash数据结果
@param block 要处理的block，64个字节，16个uint32_t的数组
*/
static void zen_md5_process_block(uint32_t state[4], const uint32_t block[ZEN_MD5_BLOCK_SIZE / 4])
{
register unsigned a, b, c, d;
a = state[0];
b = state[1];
c = state[2];
d = state[3];
const uint32_t *x = NULL;
//MD5里面计算的数据都是小头数据.大头党的数据要处理
#if ZEN_BYTES_ORDER == ZEN_LITTLE_ENDIAN
x = block;
#else
uint32_t swap_block[ZEN_MD5_BLOCK_SIZE / 4];
swap_uint32_memcpy(swap_block, block, 64);
x = swap_block;
#endif
MD5_ROUND1(a, b, c, d, x[ 0], 7, 0xd76aa478);
MD5_ROUND1(d, a, b, c, x[ 1], 12, 0xe8c7b756);
MD5_ROUND1(c, d, a, b, x[ 2], 17, 0x242070db);
MD5_ROUND1(b, c, d, a, x[ 3], 22, 0xc1bdceee);
MD5_ROUND1(a, b, c, d, x[ 4], 7, 0xf57c0faf);
MD5_ROUND1(d, a, b, c, x[ 5], 12, 0x4787c62a);
MD5_ROUND1(c, d, a, b, x[ 6], 17, 0xa8304613);
MD5_ROUND1(b, c, d, a, x[ 7], 22, 0xfd469501);
MD5_ROUND1(a, b, c, d, x[ 8], 7, 0x698098d8);
MD5_ROUND1(d, a, b, c, x[ 9], 12, 0x8b44f7af);
MD5_ROUND1(c, d, a, b, x[10], 17, 0xffff5bb1);
MD5_ROUND1(b, c, d, a, x[11], 22, 0x895cd7be);
MD5_ROUND1(a, b, c, d, x[12], 7, 0x6b901122);
MD5_ROUND1(d, a, b, c, x[13], 12, 0xfd987193);
MD5_ROUND1(c, d, a, b, x[14], 17, 0xa679438e);
MD5_ROUND1(b, c, d, a, x[15], 22, 0x49b40821);
MD5_ROUND2(a, b, c, d, x[ 1], 5, 0xf61e2562);
MD5_ROUND2(d, a, b, c, x[ 6], 9, 0xc040b340);
MD5_ROUND2(c, d, a, b, x[11], 14, 0x265e5a51);
MD5_ROUND2(b, c, d, a, x[ 0], 20, 0xe9b6c7aa);
MD5_ROUND2(a, b, c, d, x[ 5], 5, 0xd62f105d);
MD5_ROUND2(d, a, b, c, x[10], 9, 0x2441453);
MD5_ROUND2(c, d, a, b, x[15], 14, 0xd8a1e681);
MD5_ROUND2(b, c, d, a, x[ 4], 20, 0xe7d3fbc8);
MD5_ROUND2(a, b, c, d, x[ 9], 5, 0x21e1cde6);
MD5_ROUND2(d, a, b, c, x[14], 9, 0xc33707d6);
MD5_ROUND2(c, d, a, b, x[ 3], 14, 0xf4d50d87);
MD5_ROUND2(b, c, d, a, x[ 8], 20, 0x455a14ed);
MD5_ROUND2(a, b, c, d, x[13], 5, 0xa9e3e905);
MD5_ROUND2(d, a, b, c, x[ 2], 9, 0xfcefa3f8);
MD5_ROUND2(c, d, a, b, x[ 7], 14, 0x676f02d9);
MD5_ROUND2(b, c, d, a, x[12], 20, 0x8d2a4c8a);
MD5_ROUND3(a, b, c, d, x[ 5], 4, 0xfffa3942);
MD5_ROUND3(d, a, b, c, x[ 8], 11, 0x8771f681);
MD5_ROUND3(c, d, a, b, x[11], 16, 0x6d9d6122);
MD5_ROUND3(b, c, d, a, x[14], 23, 0xfde5380c);
MD5_ROUND3(a, b, c, d, x[ 1], 4, 0xa4beea44);
MD5_ROUND3(d, a, b, c, x[ 4], 11, 0x4bdecfa9);
MD5_ROUND3(c, d, a, b, x[ 7], 16, 0xf6bb4b60);
MD5_ROUND3(b, c, d, a, x[10], 23, 0xbebfbc70);
MD5_ROUND3(a, b, c, d, x[13], 4, 0x289b7ec6);
MD5_ROUND3(d, a, b, c, x[ 0], 11, 0xeaa127fa);
MD5_ROUND3(c, d, a, b, x[ 3], 16, 0xd4ef3085);
MD5_ROUND3(b, c, d, a, x[ 6], 23, 0x4881d05);
MD5_ROUND3(a, b, c, d, x[ 9], 4, 0xd9d4d039);
MD5_ROUND3(d, a, b, c, x[12], 11, 0xe6db99e5);
MD5_ROUND3(c, d, a, b, x[15], 16, 0x1fa27cf8);
MD5_ROUND3(b, c, d, a, x[ 2], 23, 0xc4ac5665);
MD5_ROUND4(a, b, c, d, x[ 0], 6, 0xf4292244);
MD5_ROUND4(d, a, b, c, x[ 7], 10, 0x432aff97);
MD5_ROUND4(c, d, a, b, x[14], 15, 0xab9423a7);
MD5_ROUND4(b, c, d, a, x[ 5], 21, 0xfc93a039);
MD5_ROUND4(a, b, c, d, x[12], 6, 0x655b59c3);
MD5_ROUND4(d, a, b, c, x[ 3], 10, 0x8f0ccc92);
MD5_ROUND4(c, d, a, b, x[10], 15, 0xffeff47d);
MD5_ROUND4(b, c, d, a, x[ 1], 21, 0x85845dd1);
MD5_ROUND4(a, b, c, d, x[ 8], 6, 0x6fa87e4f);
MD5_ROUND4(d, a, b, c, x[15], 10, 0xfe2ce6e0);
MD5_ROUND4(c, d, a, b, x[ 6], 15, 0xa3014314);
MD5_ROUND4(b, c, d, a, x[13], 21, 0x4e0811a1);
MD5_ROUND4(a, b, c, d, x[ 4], 6, 0xf7537e82);
MD5_ROUND4(d, a, b, c, x[11], 10, 0xbd3af235);
MD5_ROUND4(c, d, a, b, x[ 2], 15, 0x2ad7d2bb);
MD5_ROUND4(b, c, d, a, x[ 9], 21, 0xeb86d391);
state[0] += a;
state[1] += b;
state[2] += c;
state[3] += d;
}
/*!
@brief 内部函数，处理数据的前面部分(>64字节的部分)，每次组成一个64字节的block就进行杂凑处理
@param[out] ctx 算法的context，用于记录一些处理的上下文和结果
@param[in] buf 处理的数据，
@param[in] size 处理的数据长度
*/
static void zen_md5_update(md5_ctx *ctx, const unsigned char *buf, size_t size)
{
//为什么不是=，因为在某些环境下，可以多次调用zen_md5_update，但这种情况，必须保证前面的调用，每次都没有unprocessed_
ctx->length_ += size;
//每个处理的块都是64字节
while (size >= ZEN_MD5_BLOCK_SIZE)
{
zen_md5_process_block(ctx->hash_, reinterpret_cast(buf));
buf += ZEN_MD5_BLOCK_SIZE;
size -= ZEN_MD5_BLOCK_SIZE;
}
ctx->unprocessed_ = size;
}
/*!
@brief 内部函数，处理数据的末尾部分，我们要拼出最后1个（或者两个）要处理的BLOCK，加上0x80，加上长度进行处理
@param[in] ctx 算法的context，用于记录一些处理的上下文和结果
@param[in] buf 处理的数据
@param[in] size 处理buffer的长度
@param[out] result 返回的结果，
*/
static void zen_md5_final(md5_ctx *ctx, const unsigned char *buf, size_t size, unsigned char *result)
{
uint32_t message[ZEN_MD5_BLOCK_SIZE / 4];
//保存剩余的数据，我们要拼出最后1个（或者两个）要处理的块，前面的算法保证了，最后一个块肯定小于64个字节
if (ctx->unprocessed_)
{
memcpy(message, buf + size - ctx->unprocessed_, static_cast( ctx->unprocessed_));
}
//得到0x80要添加在的位置（在uint32_t 数组中），
uint32_t index = ((uint32_t)ctx->length_ & 63) >> 2;
uint32_t shift = ((uint32_t)ctx->length_ & 3) * 8;
//添加0x80进去，并且把余下的空间补充0
message[index] &= ~(0xFFFFFFFF << shift);
message[index++] ^= 0x80 << shift;
//如果这个block还无法处理，其后面的长度无法容纳长度64bit，那么先处理这个block
if (index > 14)
{
while (index < 16)
{
message[index++] = 0;
}
zen_md5_process_block(ctx->hash_, message);
index = 0;
}
//补0
while (index < 14)
{
message[index++] = 0;
}
//保存长度，注意是bit位的长度,这个问题让我看着郁闷了半天，
uint64_t data_len = (ctx->length_) << 3;
//注意MD5算法要求的64bit的长度是小头LITTLE-ENDIAN编码，注意下面的比较是!=
#if ZEN_BYTES_ORDER != ZEN_LITTLE_ENDIAN
data_len = ZEN_SWAP_UINT64(data_len);
#endif
message[14] = (uint32_t) (data_len & 0x00000000FFFFFFFF);
message[15] = (uint32_t) ((data_len & 0xFFFFFFFF00000000ULL) >> 32);
zen_md5_process_block(ctx->hash_, message);
//注意结果是小头党的，在大头的世界要进行转换
#if ZEN_BYTES_ORDER == ZEN_LITTLE_ENDIAN
memcpy(result, &ctx->hash_, ZEN_MD5_HASH_SIZE);
#else
swap_uint32_memcpy(result, &ctx->hash_, ZEN_MD5_HASH_SIZE);
#endif
}
//计算一个内存数据的MD5值
unsigned char *ZEN_LIB::md5(const unsigned char *buf,
size_t size,
unsigned char result[ZEN_MD5_HASH_SIZE])
{
assert(result != NULL);
md5_ctx ctx;
zen_md5_init(&ctx);
zen_md5_update(&ctx, buf, size);
zen_md5_final(&ctx, buf, size, result);
return result;
}
//================================================================================================
//SHA1的算法
//每次处理的BLOCK的大小
static const size_t ZEN_SHA1_BLOCK_SIZE = 64;
//SHA1算法的上下文，保存一些状态，中间数据，结果
typedef struct sha1_ctx
{
//处理的数据的长度
uint64_t length_;
//还没有处理的数据长度
uint64_t unprocessed_;
/* 160-bit algorithm internal hashing state */
uint32_t hash_[5];
} sha1_ctx;
//内部函数，SHA1算法的上下文的初始化
static void zen_sha1_init(sha1_ctx *ctx)
{
ctx->length_ = 0;
ctx->unprocessed_ = 0;
// 初始化算法的几个常量，魔术数
ctx->hash_[0] = 0x67452301;
ctx->hash_[1] = 0xefcdab89;
ctx->hash_[2] = 0x98badcfe;
ctx->hash_[3] = 0x10325476;
ctx->hash_[4] = 0xc3d2e1f0;
}
/*!
@brief 内部函数，对一个64bit内存块进行摘要(杂凑)处理，
@param hash 存放计算hash结果的的数组
@param block 要计算的处理得内存块
*/
static void zen_sha1_process_block(uint32_t hash[5],
const uint32_t block[ZEN_SHA1_BLOCK_SIZE / 4])
{
size_t t;
uint32_t wblock[80];
register uint32_t a, b, c, d, e, temp;
//SHA1算法处理的内部数据要求是大头党的，在小头的环境转换
#if ZEN_BYTES_ORDER == ZEN_LITTLE_ENDIAN
swap_uint32_memcpy(wblock, block, ZEN_SHA1_BLOCK_SIZE);
#else
::memcpy(wblock, block, ZEN_SHA1_BLOCK_SIZE);
#endif
//处理
for (t = 16; t < 80; t++)
{
wblock[t] = ROTL32(wblock[t - 3] ^ wblock[t - 8] ^ wblock[t - 14] ^ wblock[t - 16], 1);
}
a = hash[0];
b = hash[1];
c = hash[2];
d = hash[3];
e = hash[4];
for (t = 0; t < 20; t++)
{
/* the following is faster than ((B & C) | ((~B) & D)) */
temp = ROTL32(a, 5) + (((c ^ d) & b) ^ d)
+ e + wblock[t] + 0x5A827999;
e = d;
d = c;
c = ROTL32(b, 30);
b = a;
a = temp;
}
for (t = 20; t < 40; t++)
{
temp = ROTL32(a, 5) + (b ^ c ^ d) + e + wblock[t] + 0x6ED9EBA1;
e = d;
d = c;
c = ROTL32(b, 30);
b = a;
a = temp;
}
for (t = 40; t < 60; t++)
{
temp = ROTL32(a, 5) + ((b & c) | (b & d) | (c & d))
+ e + wblock[t] + 0x8F1BBCDC;
e = d;
d = c;
c = ROTL32(b, 30);
b = a;
a = temp;
}
for (t = 60; t < 80; t++)
{
temp = ROTL32(a, 5) + (b ^ c ^ d) + e + wblock[t] + 0xCA62C1D6;
e = d;
d = c;
c = ROTL32(b, 30);
b = a;
a = temp;
}
hash[0] += a;
hash[1] += b;
hash[2] += c;
hash[3] += d;
hash[4] += e;
}
/*!
@brief 内部函数，处理数据的前面部分(>64字节的部分)，每次组成一个64字节的block就进行杂凑处理
@param ctx 算法的上下文，记录中间数据，结果等
@param msg 要进行计算的数据buffer
@param size 长度
*/
static void zen_sha1_update(sha1_ctx *ctx,
const unsigned char *buf,
size_t size)
{
//为了让zen_sha1_update可以多次进入，长度可以累计
ctx->length_ += size;
//每个处理的块都是64字节
while (size >= ZEN_SHA1_BLOCK_SIZE)
{
zen_sha1_process_block(ctx->hash_, reinterpret_cast(buf));
buf += ZEN_SHA1_BLOCK_SIZE;
size -= ZEN_SHA1_BLOCK_SIZE;
}
ctx->unprocessed_ = size;
}
/*!
@brief 内部函数，处理数据的最后部分，添加0x80,补0，增加长度信息
@param ctx 算法的上下文，记录中间数据，结果等
@param msg 要进行计算的数据buffer
@param result 返回的结果
*/
static void zen_sha1_final(sha1_ctx *ctx,
const unsigned char *msg,
size_t size,
unsigned char *result)
{
uint32_t message[ZEN_SHA1_BLOCK_SIZE / 4];
//保存剩余的数据，我们要拼出最后1个（或者两个）要处理的块，前面的算法保证了，最后一个块肯定小于64个字节
if (ctx->unprocessed_)
{
memcpy(message, msg + size - ctx->unprocessed_, static_cast( ctx->unprocessed_));
}
//得到0x80要添加在的位置（在uint32_t 数组中），
uint32_t index = ((uint32_t)ctx->length_ & 63) >> 2;
uint32_t shift = ((uint32_t)ctx->length_ & 3) * 8;
//添加0x80进去，并且把余下的空间补充0
message[index] &= ~(0xFFFFFFFF << shift);
message[index++] ^= 0x80 << shift;
//如果这个block还无法处理，其后面的长度无法容纳长度64bit，那么先处理这个block
if (index > 14)
{
while (index < 16)
{
message[index++] = 0;
}
zen_sha1_process_block(ctx->hash_, message);
index = 0;
}
//补0
while (index < 14)
{
message[index++] = 0;
}
//保存长度，注意是bit位的长度,这个问题让我看着郁闷了半天，
uint64_t data_len = (ctx->length_) << 3;
//注意SHA1算法要求的64bit的长度是大头BIG-ENDIAN，在小头的世界要进行转换
#if ZEN_BYTES_ORDER == ZEN_LITTLE_ENDIAN
data_len = ZEN_SWAP_UINT64(data_len);
#endif
message[14] = (uint32_t) (data_len & 0x00000000FFFFFFFF);
message[15] = (uint32_t) ((data_len & 0xFFFFFFFF00000000ULL) >> 32);
zen_sha1_process_block(ctx->hash_, message);
//注意结果是大头党的，在小头的世界要进行转换
#if ZEN_BYTES_ORDER == ZEN_LITTLE_ENDIAN
swap_uint32_memcpy(result, &ctx->hash_, ZEN_SHA1_HASH_SIZE);
#else
memcpy(result, &ctx->hash_, ZEN_SHA1_HASH_SIZE);
#endif
}
//计算一个内存数据的SHA1值
unsigned char *ZEN_LIB::sha1(const unsigned char *msg,
size_t size,
unsigned char result[ZEN_SHA1_HASH_SIZE])
{
assert(result != NULL);
sha1_ctx ctx;
zen_sha1_init(&ctx);
zen_sha1_update(&ctx, msg, size);
zen_sha1_final(&ctx, msg, size, result);
return result;
}
int main(int /*argc*/, char * /*argv*/[])
{
int ret = 0;
static unsigned char test_buf[7][81] =
{
{ "" },
{ "a" },
{ "abc" },
{ "message digest" },
{ "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz" },
{ "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789" },
{ "12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890" }
};
static const size_t test_buflen[7] =
{
0, 1, 3, 14, 26, 62, 80
};
static const unsigned char md5_test_sum[7][16] =
{
{ 0xD4, 0x1D, 0x8C, 0xD9, 0x8F, 0x00, 0xB2, 0x04, 0xE9, 0x80, 0x09, 0x98, 0xEC, 0xF8, 0x42, 0x7E },
{ 0x0C, 0xC1, 0x75, 0xB9, 0xC0, 0xF1, 0xB6, 0xA8, 0x31, 0xC3, 0x99, 0xE2, 0x69, 0x77, 0x26, 0x61 },
{ 0x90, 0x01, 0x50, 0x98, 0x3C, 0xD2, 0x4F, 0xB0, 0xD6, 0x96, 0x3F, 0x7D, 0x28, 0xE1, 0x7F, 0x72 },
{ 0xF9, 0x6B, 0x69, 0x7D, 0x7C, 0xB7, 0x93, 0x8D, 0x52, 0x5A, 0x2F, 0x31, 0xAA, 0xF1, 0x61, 0xD0 },
{ 0xC3, 0xFC, 0xD3, 0xD7, 0x61, 0x92, 0xE4, 0x00, 0x7D, 0xFB, 0x49, 0x6C, 0xCA, 0x67, 0xE1, 0x3B },
{ 0xD1, 0x74, 0xAB, 0x98, 0xD2, 0x77, 0xD9, 0xF5, 0xA5, 0x61, 0x1C, 0x2C, 0x9F, 0x41, 0x9D, 0x9F },
{ 0x57, 0xED, 0xF4, 0xA2, 0x2B, 0xE3, 0xC9, 0x55, 0xAC, 0x49, 0xDA, 0x2E, 0x21, 0x07, 0xB6, 0x7A }
};
unsigned char result[32] ={0};
for(size_t i=0;i<7;++i)
{
ZEN_LIB::md5(test_buf[i],test_buflen[i],result);
ret = memcmp(result,md5_test_sum[i],16);
if (ret != 0)
{
assert(false);
}
}
static const unsigned char sha1_test_sum[7][20] =
{
{ 0xda,0x39,0xa3,0xee,0x5e,0x6b,0x4b,0x0d,0x32,0x55,0xbf,0xef,0x95,0x60,0x18,0x90,0xaf,0xd8,0x07,0x09 },
{ 0x86,0xf7,0xe4,0x37,0xfa,0xa5,0xa7,0xfc,0xe1,0x5d,0x1d,0xdc,0xb9,0xea,0xea,0xea,0x37,0x76,0x67,0xb8 },
{ 0xa9,0x99,0x3e,0x36,0x47,0x06,0x81,0x6a,0xba,0x3e,0x25,0x71,0x78,0x50,0xc2,0x6c,0x9c,0xd0,0xd8,0x9d },
{ 0xc1,0x22,0x52,0xce,0xda,0x8b,0xe8,0x99,0x4d,0x5f,0xa0,0x29,0x0a,0x47,0x23,0x1c,0x1d,0x16,0xaa,0xe3 },
{ 0x32,0xd1,0x0c,0x7b,0x8c,0xf9,0x65,0x70,0xca,0x04,0xce,0x37,0xf2,0xa1,0x9d,0x84,0x24,0x0d,0x3a,0x89 },
{ 0x76,0x1c,0x45,0x7b,0xf7,0x3b,0x14,0xd2,0x7e,0x9e,0x92,0x65,0xc4,0x6f,0x4b,0x4d,0xda,0x11,0xf9,0x40 },
{ 0x50,0xab,0xf5,0x70,0x6a,0x15,0x09,0x90,0xa0,0x8b,0x2c,0x5e,0xa4,0x0f,0xa0,0xe5,0x85,0x55,0x47,0x32 },
};
for(size_t i=0;i<7;++i)
{
ZEN_LIB::sha1(test_buf[i],test_buflen[i],result);
ret = memcmp(result,sha1_test_sum[i],20);
if (ret != 0)
{
assert(false);
}
}
return 0;
} 总结：
通过魔术数和四次二十次迭代逻辑运算，可以比较容易的确定其相应算法。
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