【安全算法之SHA256】SHA256摘要运算C语言源码实现
【安全算法之sha256】sha256摘要运算的c语言源码实现 概述 头文件定义 c语言版本的实现源码 测试用例 github仓库 更多参考链接
概述 大家都知道摘要算法在安全领域，也是一个特别重要的存在，而sha256是其中最常见的一种摘要算法，它的特点就是计算复杂度较低，不等长的数据原文输入，可以得出等长的摘要值，这个值是固定为32字节。正是由于这种特殊性，很多重要的数据完整性校验领域，都可以看到sha256的影子。在一些安全认证中，摘要运算的算法等级至少是大于等于sha256的安全级别，足以证明sha256的重要性。
今天给大家带来sha256的c源码版本实现，欢迎大家深入学习和讨论。
头文件定义 头文件定义如下，主要定义了sha256的上下文结构体，以及导出的三个api：
#ifndef __sha256_h__#define __sha256_h__#include #define sha256_digest_len 32 // sha256 outputs a 32 byte digesttypedef uint8_t byte; // 8-bit bytetypedef uint32_t word; // 32-bit word, change to long for 16-bit machinestypedef struct _sha256_ctx_t { uint8_t data[64]; uint32_t data_len; unsigned long long bit_len; uint32_t state[8];} sha256_ctx_t;void crypto_sha256_init(sha256_ctx_t *ctx);void crypto_sha256_update(sha256_ctx_t *ctx, const uint8_t *data, uint32_t len);void crypto_sha256_final(sha256_ctx_t *ctx, uint8_t *digest);#endif // __sha256_h__ c语言版本的实现源码 下面是sha256的c语言版本实现，主要也是围绕导出的3个api：
#include #include #include sha256.h#define rotleft(a,b) (((a) (32-(b))))#define rotright(a,b) (((a) >> (b)) | ((a) 3))#define sig1(x) (rotright(x,17) ^ rotright(x,19) ^ ((x) >> 10))static const uint32_t k[64] = { 0x428a2f98, 0x71374491, 0xb5c0fbcf, 0xe9b5dba5, 0x3956c25b, 0x59f111f1, 0x923f82a4, 0xab1c5ed5, 0xd807aa98, 0x12835b01, 0x243185be, 0x550c7dc3, 0x72be5d74, 0x80deb1fe, 0x9bdc06a7, 0xc19bf174, 0xe49b69c1, 0xefbe4786, 0x0fc19dc6, 0x240ca1cc, 0x2de92c6f, 0x4a7484aa, 0x5cb0a9dc, 0x76f988da, 0x983e5152, 0xa831c66d, 0xb00327c8, 0xbf597fc7, 0xc6e00bf3, 0xd5a79147, 0x06ca6351, 0x14292967, 0x27b70a85, 0x2e1b2138, 0x4d2c6dfc, 0x53380d13, 0x650a7354, 0x766a0abb, 0x81c2c92e, 0x92722c85, 0xa2bfe8a1, 0xa81a664b, 0xc24b8b70, 0xc76c51a3, 0xd192e819, 0xd6990624, 0xf40e3585, 0x106aa070, 0x19a4c116, 0x1e376c08, 0x2748774c, 0x34b0bcb5, 0x391c0cb3, 0x4ed8aa4a, 0x5b9cca4f, 0x682e6ff3, 0x748f82ee, 0x78a5636f, 0x84c87814, 0x8cc70208, 0x90befffa, 0xa4506ceb, 0xbef9a3f7, 0xc67178f2,};static void local_sha256_transform(sha256_ctx_t *ctx, const uint8_t *data){ uint32_t a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, t1, t2, m[64]; for (i = 0, j = 0; i < 16; ++i, j += 4) { m[i] = (data[j] << 24) | (data[j + 1] << 16) | (data[j + 2]state[2]; d = ctx->state[3]; e = ctx->state[4]; f = ctx->state[5]; g = ctx->state[6]; h = ctx->state[7]; for (i = 0; i state[0] += a; ctx->state[1] += b; ctx->state[2] += c; ctx->state[3] += d; ctx->state[4] += e; ctx->state[5] += f; ctx->state[6] += g; ctx->state[7] += h;}void crypto_sha256_init(sha256_ctx_t *ctx){ ctx->data_len = 0; ctx->bit_len = 0; ctx->state[0] = 0x6a09e667; ctx->state[1] = 0xbb67ae85; ctx->state[2] = 0x3c6ef372; ctx->state[3] = 0xa54ff53a; ctx->state[4] = 0x510e527f; ctx->state[5] = 0x9b05688c; ctx->state[6] = 0x1f83d9ab; ctx->state[7] = 0x5be0cd19;}void crypto_sha256_update(sha256_ctx_t *ctx, const uint8_t *data, uint32_t len){ uint32_t i; for (i = 0; i data[ctx->data_len] = data[i]; ctx->data_len++; if (ctx->data_len == 64) { local_sha256_transform(ctx, ctx->data); ctx->bit_len += 512; ctx->data_len = 0; } }}void crypto_sha256_final(sha256_ctx_t *ctx, uint8_t *digest){ uint32_t i; i = ctx->data_len; // pad whatever data is left in the buffer. if (ctx->data_len data[i++] = 0x80; while (i data[i++] = 0x00; } } else { ctx->data[i++] = 0x80; while (i data[i++] = 0x00; } local_sha256_transform(ctx, ctx->data); memset(ctx->data, 0, 56); } // append to the padding the total message's length in bits and transform. ctx->bit_len += ctx->data_len * 8; ctx->data[63] = ctx->bit_len; ctx->data[62] = ctx->bit_len >> 8; ctx->data[61] = ctx->bit_len >> 16; ctx->data[60] = ctx->bit_len >> 24; ctx->data[59] = ctx->bit_len >> 32; ctx->data[58] = ctx->bit_len >> 40; ctx->data[57] = ctx->bit_len >> 48; ctx->data[56] = ctx->bit_len >> 56; local_sha256_transform(ctx, ctx->data); // since this implementation uses little endian byte ordering and sha uses big endian, // reverse all the bytes when copying the final state to the output digest. for (i = 0; i state[0] >> (24 - i * 8)) & 0x000000ff; digest[i + 4] = (ctx->state[1] >> (24 - i * 8)) & 0x000000ff; digest[i + 8] = (ctx->state[2] >> (24 - i * 8)) & 0x000000ff; digest[i + 12] = (ctx->state[3] >> (24 - i * 8)) & 0x000000ff; digest[i + 16] = (ctx->state[4] >> (24 - i * 8)) & 0x000000ff; digest[i + 20] = (ctx->state[5] >> (24 - i * 8)) & 0x000000ff; digest[i + 24] = (ctx->state[6] >> (24 - i * 8)) & 0x000000ff; digest[i + 28] = (ctx->state[7] >> (24 - i * 8)) & 0x000000ff; }} 测试用例 针对sha256导出的三个接口，我编写了以下测试用例：
#include #include #include sha256.h#include convert.hint log_hexdump(const char *title, const unsigned char *data, int len){ char str[160], octet[10]; int ofs, i, k, d; const unsigned char *buf = (const unsigned char *)data; const char dimm[] = +------------------------------------------------------------------------------+; printf(%s (%d bytes):\r\n, title, len); printf(%s\r\n, dimm); printf(| offset : 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0a 0b 0c 0d 0e 0f 0123456789abcdef |\r\n); printf(%s\r\n, dimm); for (ofs = 0; ofs < (int)len; ofs += 16) { d = snprintf( str, sizeof(str), | %08x: , ofs ); for (i = 0; i < 16; i++) { if ((i + ofs) < (int)len) { snprintf( octet, sizeof(octet), %02x , buf[ofs + i] ); } else { snprintf( octet, sizeof(octet), ); } d += snprintf( &str[d], sizeof(str) - d, %s, octet ); } d += snprintf( &str[d], sizeof(str) - d, ); k = d; for (i = 0; i < 16; i++) { if ((i + ofs) < (int)len) { str[k++] = (0x20 <= (buf[ofs + i]) && (buf[ofs + i]) 1) { p_calc = argv[1]; } utils_hex_string_2_bytes(data, data_bytes, &len_bytes); log_hexdump(data_bytes, data_bytes, len_bytes); utils_bytes_2_hex_string(data_bytes, len_bytes, data_str); printf(data_str: %s\n, data_str); if (!strcmp(data, data_str)) { printf(hex string - bytes convert ok\n); } else { printf(hex string - bytes convert fail\n); } crypto_sha256_init(&ctx); crypto_sha256_update(&ctx, (uint8_t *)p_calc, strlen(p_calc)); crypto_sha256_final(&ctx, digest_calc); utils_hex_string_2_bytes(digest_exp_str, digest_exp_hex, &len_bytes); if (len_bytes == sizeof(digest_calc) && !memcmp(digest_calc, digest_exp_hex, sizeof(digest_calc))) { printf(sha256 digest test ok\n); log_hexdump(digest_calc, digest_calc, sizeof(digest_calc)); } else { log_hexdump(digest_calc, digest_calc, sizeof(digest_calc)); log_hexdump(digest_exp, digest_exp_hex, sizeof(digest_exp_hex)); printf(sha256 digest test fail\n); } return 0;} 测试用例比较简单，就是对字符串c1d0f8fb4958670dba40ab1f3752ef0d进行sha1运算，期望的摘要结果的hexstring是97b7437df061f15182974b18e62b3d8aafe333dcbdd2074cb8d4916509b4ad23，这个期望值是用算法工具算出来的。
先用api接口算出摘要值，再与期望值比较，这里有个hexstringtobyte的转换，如果比较一致则表示api计算ok；反之，接口计算失败。
同时，也欢迎大家设计提供更多的测试案例代码。
github仓库 以上代码和测试用例，及编译运行等，可以参考我的github仓库，有详细的流程介绍，欢迎大家交流讨论。如果有帮助到你的话，记得帮忙点亮一颗星哦。
更多参考链接 [1] 【安全算法的github仓库】
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今天给大家带来sha256的c源码版本实现，欢迎大家深入学习和讨论。
头文件定义 头文件定义如下，主要定义了sha256的上下文结构体，以及导出的三个api：
#ifndef __sha256_h__#define __sha256_h__#include #define sha256_digest_len 32 // sha256 outputs a 32 byte digesttypedef uint8_t byte; // 8-bit bytetypedef uint32_t word; // 32-bit word, change to long for 16-bit machinestypedef struct _sha256_ctx_t { uint8_t data[64]; uint32_t data_len; unsigned long long bit_len; uint32_t state[8];} sha256_ctx_t;void crypto_sha256_init(sha256_ctx_t *ctx);void crypto_sha256_update(sha256_ctx_t *ctx, const uint8_t *data, uint32_t len);void crypto_sha256_final(sha256_ctx_t *ctx, uint8_t *digest);#endif // __sha256_h__ c语言版本的实现源码 下面是sha256的c语言版本实现，主要也是围绕导出的3个api：
#include #include #include sha256.h#define rotleft(a,b) (((a) (32-(b))))#define rotright(a,b) (((a) >> (b)) | ((a) 3))#define sig1(x) (rotright(x,17) ^ rotright(x,19) ^ ((x) >> 10))static const uint32_t k[64] = { 0x428a2f98, 0x71374491, 0xb5c0fbcf, 0xe9b5dba5, 0x3956c25b, 0x59f111f1, 0x923f82a4, 0xab1c5ed5, 0xd807aa98, 0x12835b01, 0x243185be, 0x550c7dc3, 0x72be5d74, 0x80deb1fe, 0x9bdc06a7, 0xc19bf174, 0xe49b69c1, 0xefbe4786, 0x0fc19dc6, 0x240ca1cc, 0x2de92c6f, 0x4a7484aa, 0x5cb0a9dc, 0x76f988da, 0x983e5152, 0xa831c66d, 0xb00327c8, 0xbf597fc7, 0xc6e00bf3, 0xd5a79147, 0x06ca6351, 0x14292967, 0x27b70a85, 0x2e1b2138, 0x4d2c6dfc, 0x53380d13, 0x650a7354, 0x766a0abb, 0x81c2c92e, 0x92722c85, 0xa2bfe8a1, 0xa81a664b, 0xc24b8b70, 0xc76c51a3, 0xd192e819, 0xd6990624, 0xf40e3585, 0x106aa070, 0x19a4c116, 0x1e376c08, 0x2748774c, 0x34b0bcb5, 0x391c0cb3, 0x4ed8aa4a, 0x5b9cca4f, 0x682e6ff3, 0x748f82ee, 0x78a5636f, 0x84c87814, 0x8cc70208, 0x90befffa, 0xa4506ceb, 0xbef9a3f7, 0xc67178f2,};static void local_sha256_transform(sha256_ctx_t *ctx, const uint8_t *data){ uint32_t a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, t1, t2, m[64]; for (i = 0, j = 0; i < 16; ++i, j += 4) { m[i] = (data[j] << 24) | (data[j + 1] << 16) | (data[j + 2]
#include #include #include sha256.h#include convert.hint log_hexdump(const char *title, const unsigned char *data, int len){ char str[160], octet[10]; int ofs, i, k, d; const unsigned char *buf = (const unsigned char *)data; const char dimm[] = +------------------------------------------------------------------------------+; printf(%s (%d bytes):\r\n, title, len); printf(%s\r\n, dimm); printf(| offset : 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0a 0b 0c 0d 0e 0f 0123456789abcdef |\r\n); printf(%s\r\n, dimm); for (ofs = 0; ofs < (int)len; ofs += 16) { d = snprintf( str, sizeof(str), | %08x: , ofs ); for (i = 0; i < 16; i++) { if ((i + ofs) < (int)len) { snprintf( octet, sizeof(octet), %02x , buf[ofs + i] ); } else { snprintf( octet, sizeof(octet), ); } d += snprintf( &str[d], sizeof(str) - d, %s, octet ); } d += snprintf( &str[d], sizeof(str) - d, ); k = d; for (i = 0; i < 16; i++) { if ((i + ofs) < (int)len) { str[k++] = (0x20 <= (buf[ofs + i]) && (buf[ofs + i]) 1) { p_calc = argv[1]; } utils_hex_string_2_bytes(data, data_bytes, &len_bytes); log_hexdump(data_bytes, data_bytes, len_bytes); utils_bytes_2_hex_string(data_bytes, len_bytes, data_str); printf(data_str: %s\n, data_str); if (!strcmp(data, data_str)) { printf(hex string - bytes convert ok\n); } else { printf(hex string - bytes convert fail\n); } crypto_sha256_init(&ctx); crypto_sha256_update(&ctx, (uint8_t *)p_calc, strlen(p_calc)); crypto_sha256_final(&ctx, digest_calc); utils_hex_string_2_bytes(digest_exp_str, digest_exp_hex, &len_bytes); if (len_bytes == sizeof(digest_calc) && !memcmp(digest_calc, digest_exp_hex, sizeof(digest_calc))) { printf(sha256 digest test ok\n); log_hexdump(digest_calc, digest_calc, sizeof(digest_calc)); } else { log_hexdump(digest_calc, digest_calc, sizeof(digest_calc)); log_hexdump(digest_exp, digest_exp_hex, sizeof(digest_exp_hex)); printf(sha256 digest test fail\n); } return 0;} 测试用例比较简单，就是对字符串c1d0f8fb4958670dba40ab1f3752ef0d进行sha1运算，期望的摘要结果的hexstring是97b7437df061f15182974b18e62b3d8aafe333dcbdd2074cb8d4916509b4ad23，这个期望值是用算法工具算出来的。
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