SHA-256 一 криптографическая хэш-функция, разработанная Агенством национальной безопасности США. SHA расшифровывается как Secure Hash Algorithm. Хэш-функция 一 это математическая операция, выполняемая с цифровыми данными. Сравнивая вычисленный «хэш» (результат выполнения алгоритма) с известным и ожидаемым хэш-значением, можно определить целостность данных. Односторонний хэш может быть создан из любого фрагмента данных, но не наоборот. Алгоритм SHA-256 основан на структуре Меркля-Дамгарда, согласно которой начальный индекс делится на блоки сразу после внесения изменений, а те, в свою очередь, на 16 слов.
Далее приведен полный код реализации SHA-256. В коде, для уменьшения размера исполняемого файла, применены в основном функции из стандартной библиотеки C, которая является также частью стандартной библиотеки D. Некоторые из функций импортированы с помощью директивы import, другие же извлечены из стандартной библиотеки C напрямую, что можно наблюдать в коде как функции с указанием extern(C) и описанием только их сигнатуры, приведенной к схеме описания функций в D.
За основу реализации взят код из проекта redo-c. Код был адаптирован для D, добавлена D-обёртка для удобного хеширования, которая за собой скрывает детали реализации алгоритма. Код без процедуры main и sha256sum может быть без каких либо изменений использован в режиме BetterC компилятора и не требует D Runtime.
Файлы подаются как аргументы командной строки, в ответ выводиться хэш-сумма и путь до файла.
version (Posix)
{
extern (C)
{
import core.sys.posix.fcntl : O_RDONLY;
import core.sys.posix.sys.types : off_t, ssize_t;
import std.conv : to;
extern (C) int open(scope const(char*) pathname, int flags) pure nothrow @nogc;
extern (C) ssize_t pread(int fd, void* buf, size_t count, off_t offset);
extern (C) int close(int fd);
extern (C) void* memset(scope return void* s, int c, ulong n) pure nothrow @nogc;
extern (C) void* memcpy(scope return void* s1, scope const(void*) s2, ulong n) pure nothrow @nogc;
struct sha256
{
ulong len;
uint[8] h;
ubyte[64] buf;
}
uint ror(uint n, int k) pure nothrow @nogc
{
return (n >> k) | (n << (32 - k));
}
uint Ch(uint x, uint y, uint z) pure nothrow @nogc
{
return (z ^ (x & (y ^ z)));
}
uint Maj(uint x, uint y, uint z) pure nothrow @nogc
{
return ((x & y) | (z & (x | y)));
}
uint S0(uint x) pure nothrow @nogc
{
return (ror(x, 2) ^ ror(x, 13) ^ ror(x, 22));
}
uint S1(uint x) pure nothrow @nogc
{
return (ror(x, 6) ^ ror(x, 11) ^ ror(x, 25));
}
uint R0(uint x) pure nothrow @nogc
{
return (ror(x, 7) ^ ror(x, 18) ^ (x >> 3));
}
uint R1(uint x) pure nothrow @nogc
{
return (ror(x, 17) ^ ror(x, 19) ^ (x >> 10));
}
enum uint[64] K = [
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
];
void processblock(ref sha256 s, ubyte* buf) nothrow
{
uint[64] W;
uint t1, t2, a, b, c, d, e, f, g, h;
int i;
for (i = 0; i < 16; i++)
{
W[i] = cast(uint)(buf[4 * i] << 24);
W[i] |= cast(uint)(buf[4 * i + 1] << 16);
W[i] |= cast(uint)(buf[4 * i + 2] << 8);
W[i] |= buf[4 * i + 3];
}
for (; i < 64; i++)
W[i] = R1(W[i - 2]) + W[i - 7] + R0(W[i - 15]) + W[i - 16];
a = s.h[0];
b = s.h[1];
c = s.h[2];
d = s.h[3];
e = s.h[4];
f = s.h[5];
g = s.h[6];
h = s.h[7];
for (i = 0; i < 64; i++)
{
t1 = h + S1(e) + Ch(e, f, g) + K[i] + W[i];
t2 = S0(a) + Maj(a, b, c);
h = g;
g = f;
f = e;
e = d + t1;
d = c;
c = b;
b = a;
a = t1 + t2;
}
s.h[0] += a;
s.h[1] += b;
s.h[2] += c;
s.h[3] += d;
s.h[4] += e;
s.h[5] += f;
s.h[6] += g;
s.h[7] += h;
}
void pad(ref sha256 s)
{
uint r = s.len % 64;
auto ptr = s.buf.ptr;
s.buf[r++] = 0x80;
if (r > 56)
{
memset(ptr + r, 0, 64 - r);
r = 0;
processblock(s, s.buf.ptr);
}
memset(ptr + r, 0, 56 - r);
s.len *= 8;
s.buf[56] = cast(ubyte)(s.len >> 56);
s.buf[57] = cast(ubyte)(s.len >> 48);
s.buf[58] = cast(ubyte)(s.len >> 40);
s.buf[59] = cast(ubyte)(s.len >> 32);
s.buf[60] = cast(ubyte)(s.len >> 24);
s.buf[61] = cast(ubyte)(s.len >> 16);
s.buf[62] = cast(ubyte)(s.len >> 8);
s.buf[63] = cast(ubyte)(s.len);
processblock(s, s.buf.ptr);
}
void sha256_init(ref sha256 s) pure nothrow @nogc
{
s.len = 0;
s.h[0] = 0x6a09e667;
s.h[1] = 0xbb67ae85;
s.h[2] = 0x3c6ef372;
s.h[3] = 0xa54ff53a;
s.h[4] = 0x510e527f;
s.h[5] = 0x9b05688c;
s.h[6] = 0x1f83d9ab;
s.h[7] = 0x5be0cd19;
}
void sha256_sum(ref sha256 s, ubyte* md)
{
int i;
pad(s);
for (i = 0; i < 8; i++)
{
md[4 * i] = cast(ubyte)(s.h[i] >> 24);
md[4 * i + 1] = cast(ubyte)(s.h[i] >> 16);
md[4 * i + 2] = cast(ubyte)(s.h[i] >> 8);
md[4 * i + 3] = cast(ubyte)(s.h[i]);
}
}
void sha256_update(ref sha256 s, const void* m, ulong len)
{
ubyte* p = cast(ubyte*) m;
uint r = s.len % 64;
auto ptr = s.buf.ptr;
s.len += len;
if (r)
{
if (len < 64 - r)
{
memcpy(ptr + r, p, len);
return;
}
memcpy(ptr + r, p, 64 - r);
len -= 64 - r;
p += 64 - r;
processblock(s, s.buf.ptr);
}
for (; len >= 64; len -= 64, p += 64)
processblock(s, p);
memcpy(ptr, p, len);
}
char* hashfile(int fd)
{
static char[16] hex = "0123456789abcdef";
static char[65] asciihash;
sha256 ctx;
ulong off = 0;
char[4096] buf;
char* a;
char[32] hash;
int i;
ssize_t r;
sha256_init(ctx);
while ((r = pread(fd, cast(void*) buf, buf.sizeof, off)) > 0)
{
sha256_update(ctx, cast(void*) buf, r);
off += r;
}
sha256_sum(ctx, cast(ubyte*) hash);
for (i = 0, a = asciihash.ptr; i < 32; i++)
{
*a++ = hex[hash[i] / 16];
*a++ = hex[hash[i] % 16];
}
*a = 0;
return asciihash.ptr;
}
string sha256sum(string filepath)
{
char* filename = cast(char*) filepath.dup;
int fd = open(filename, O_RDONLY);
scope (exit)
{
fd.close;
}
char* hash = hashfile(fd);
return hash.to!string;
}
}
}
void main(string[] args)
{
import std.file : exists;
import std.stdio : writefln;
if (args.length < 2)
{
writefln(`Usage: sha256d <file1 file2 ... fileN>`);
}
else
{
foreach (f; args[1 .. $])
{
if (f.exists)
{
writefln(`%s %s`, sha256sum(f), f);
}
}
}
}Используемые источники:
