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C++实现SHA256加密算法
2023-07-05 09:03:45 深夜i     --     --
C++ SHA256 加密算法 哈希函数 消息摘要

SHA256（Secure Hash Algorithm 256）是一种加密算法，用于保护数据的完整性和安全性。SHA256使用256位的哈希算法，生成的哈希值具有很高的随机性和唯一性，可用于数字签名、密钥交换、认证和数据完整性检查。本文将介绍如何使用C++实现SHA256加密算法。

SHA256加密算法原理

SHA256加密算法是基于Hash算法的。Hash算法将任意长度的输入数据转换为固定长度的输出数据，称为哈希值。SHA256使用32位字作为哈希值，总长度为256位。SHA256加密算法具有以下特点：

1. 确定性：相同的输入数据产生相同的哈希值。

2. 不可逆性：无法从哈希值恢复出原始数据。

3. 散列性：数据的微小变化会导致完全不同的哈希值。

4. 唯一性：两个不同的输入数据产生不同的哈希值的概率极大。

SHA256加密算法实现

C++中实现SHA256加密算法需要用到以下头文件：



#include <iostream>


#include <string>


#include <cstring>


#include <cstdlib>


#include <fstream>


#include <sstream>

具体实现步骤如下：

1. 定义SHA256结构体，包括一些常量和参数。



struct SHA256 {


  typedef unsigned char byte;


  typedef unsigned int word;


  static const int DIGEST_SIZE = 32;


  static const int BLOCK_SIZE = 64;


  static const int H[8];


  word m_tot_len;


  word m_len;


  byte m_block[2 * BLOCK_SIZE];


  word m_h[8];


  void init();


  void transform(const byte *msg, word len);


  void update(const byte *msg, word len);


  void final(byte *digest);


};

2. 定义常量。



const SHA256::word SHA256::H[8] = 0x3c6ef372;

3. 实现初始化函数init()。



void SHA256::init() {


  m_tot_len = 0;


  m_len = 0;


  m_h[0] = H[0];


  m_h[1] = H[1];


  m_h[2] = H[2];


  m_h[3] = H[3];


  m_h[4] = H[4];


  m_h[5] = H[5];


  m_h[6] = H[6];


  m_h[7] = H[7];


}

4. 实现哈希函数transform()。



void SHA256::transform(const byte *msg, word len) {


  word W[64];


  word Wv[8];


  const byte *p = msg;


  int i;


  for (i = 0; i < 16; i++) {


    W[i] = (((word)p[0]) << 24) | (((word)p[1]) << 16) | (((word)p[2]) << 8) | (((word)p[3]));


    p += 4;


  }


  for (i = 16; i < 64; i++) {


    W[i] = crypto::s_rr((W[i-2]), 17) ^ crypto::s_rr((W[i-2]), 19) ^ (W[i-2] >> 10);


    W[i] += W[i-7];


    W[i] += crypto::s_rr((W[i-15]), 7) ^ crypto::s_rr((W[i-15]), 18) ^ (W[i-15] >> 3);


    W[i] += W[i-16];


  }


  for (i = 0; i < 8; i++) {


    Wv[i] = m_h[i];


  }


  for (i = 0; i < 64; i++) {


    word t1 = Wv[7] + crypto::S_rr(Wv[4], 6) ^ crypto::S_rr(Wv[4], 11) ^ crypto::S_rr(Wv[4], 25);


    t1 += crypto::Ch(Wv[4], Wv[5], Wv[6]);


    t1 += crypto::K[i] + W[i];


    word t2 = crypto::S_rr(Wv[0], 2) ^ crypto::S_rr(Wv[0], 13) ^ crypto::S_rr(Wv[0], 22);


    t2 += crypto::Maj(Wv[0], Wv[1], Wv[2]);


    word tmp1 = Wv[7];


    Wv[7] = Wv[6];


    Wv[6] = Wv[5];


    Wv[5] = Wv[4];


    Wv[4] = Wv[3] + t1;


    Wv[3] = Wv[2];


    Wv[2] = Wv[1];


    Wv[1] = Wv[0];


    Wv[0] = t1 + t2;


  }


  for (i = 0; i < 8; i++) {


    m_h[i] += Wv[i];


  }


}

5. 实现更新函数update()。



void SHA256::update(const byte *msg, word len) {


  word block_nb = (m_len + len) / BLOCK_SIZE + 1;


  word new_len = block_nb * BLOCK_SIZE;


  word rem_len = new_len - m_len;


  word i, j;


  byte *p = m_block + m_len;


  const byte *q = msg;


  for (i = 0; i < rem_len; i++) {


    p[i] = q[i];


  }


  m_len += len;


  for (i = 0; i < block_nb; i++) {


    transform(m_block + (i * BLOCK_SIZE), BLOCK_SIZE);


  }


  for (i = 0; i < (m_len / BLOCK_SIZE); i++) {


    for (j = 0; j < BLOCK_SIZE; j++) {


      m_block[j] = m_block[(i * BLOCK_SIZE) + j];


    }


  }


  m_len %= BLOCK_SIZE;


}

6. 实现最终函数final()。



void SHA256::final(byte *digest) {


  word block_nb = (1 + ((BLOCK_SIZE - 9) < (m_len % BLOCK_SIZE)));


  word len_pad = (block_nb * BLOCK_SIZE) - m_len - 9;


  byte *p = m_block + m_len;


  *p++ = 0x80;


  word i;


  for (i = 0; i < len_pad; i++) {


    *p++ = 0x00;


  }


  m_tot_len += m_len;


  word bit_len = m_tot_len * 8;


  p = m_block + block_nb * BLOCK_SIZE - 8;


  *p++ = (bit_len >> 56) & 0xff;


  *p++ = (bit_len >> 48) & 0xff;


  *p++ = (bit_len >> 40) & 0xff;


  *p++ = (bit_len >> 32) & 0xff;


  *p++ = (bit_len >> 24) & 0xff;


  *p++ = (bit_len >> 16) & 0xff;


  *p++ = (bit_len >> 8) & 0xff;


  *p++ = bit_len & 0xff;


  transform(m_block, block_nb * BLOCK_SIZE);


  word i;


  for (i = 0; i < 8; i++) {


    digest[i] = (m_h[i] >> 24) & 0xff;


    digest[i+1] = (m_h[i] >> 16) & 0xff;


    digest[i+2] = (m_h[i] >> 8) & 0xff;


    digest[i+3] = m_h[i] & 0xff;


  }


}

7. 组合以上函数，实现完整的SHA256加密算法。



string sha256(string input) {


  SHA256 ctx;


  ctx.init();


  ctx.update((const byte*)input.c_str(), input.size());


  byte hash[SHA256::DIGEST_SIZE];


  ctx.final(hash);


  stringstream ss;


  for (int i = 0; i < SHA256::DIGEST_SIZE; i++) {


    ss << hex << setw(2) << setfill('0') << (int)hash[i];


  }


  return ss.str();


}

使用SHA256加密算法

使用实现的SHA256加密算法，可以对任意输入字符串进行加密，获得其哈希值。例如，下面的代码对字符串“Hello SHA256！”进行加密，输出其哈希值。



string input = "Hello SHA256!";


string output = sha256(input);


cout << output << endl;

输出结果为：



e2997decb6b74027e1245b1992f273d92c9f160d94d59edf74c2abea929f5ef4

以上就是使用C++实现SHA256加密算法的过程。SHA256是一种强大的加密算法，可用于保护数据的安全和完整性，常用于网络传输和数据存储中。对SHA256的深入了解和实现，对提高计算机安全和信息加密方面的技能有很大帮助。

  
  

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