加密哈希函数的C++实现

加密哈希函数在确保通信安全、存储数据库中的密码哈希值、验证消息或文件在两个实体之间正确传输等方面有着广泛的应用。其中,MD5(Message Digest Five)是一种广泛使用的算法,它产生一个128位的哈希值,通常表示为32个十六进制数字。MD5是MD4和MD2的后继者,它们都是由Ronald Rivest开发的。另一种基于MD4的哈希算法是SHA-1,它是一种密码学安全的单向哈希算法,产生一个160位的消息摘要(通常表示为40个十六进制数字)。本文提出了一种使用Microsoft CryptoAPI库计算哈希值(SHA1、MD5、MD4和MD2)的C++实现方法。CryptoAPI需要至少Windows XP或Windows Server 2003操作系统。

需要注意的是,MD5和SHA1已经被证明存在弱点。MD5不具备抗碰撞性,并且有其他弱点,这使得它至少在某些安全应用中不适用,包括SSL证书。美国计算机紧急响应团队(US-CERT)得出结论,MD5“应该被认为是密码学上被破坏的,并且不适合进一步使用”。美国国家标准与技术研究院(NIST),SHA1的发布者,也在寻找SHA1的替代品。

CryptoAPI的一些考虑

为了使用CryptoAPI生成哈希值,必须遵循以下步骤:

  • 初始化加密操作的上下文:使用CryptAcquireContext获取特定加密服务提供商中的密钥容器的句柄;这个句柄用于随后对加密API的调用。
  • 创建哈希对象:使用CryptCreateHash创建用于哈希数据流的哈希对象;返回一个句柄,用于随后调用哈希数据或会话密钥。
  • 哈希数据:使用CryptHashData向之前创建的哈希对象添加数据。可以多次调用此方法向哈希对象添加更多数据。
  • 检索哈希值:使用CryptGetHashValue从哈希对象中检索数据。要检索哈希值,首先必须使用HP_HASHSIZE调用此方法以确定哈希值的大小,为哈希值分配内存,然后使用HP_HASHVAL调用它以获取哈希值。
  • 通过销毁哈希对象和释放加密上下文进行清理:使用CryptDestroyHash销毁之前使用CryptCreateHash创建的哈希对象。使用CryptReleaseContext释放之前使用CryptAcquireContext调用获取的加密服务提供商和密钥容器的句柄。

消息摘要实现

实现包括几个模板C++类,它们提供:

  • cryptohash_t类,它为数据流提供哈希功能。
  • cryptohash_helper_t类,它为哈希测试和文件提供简化的API。

这两个类都是用哈希算法参数化的。

template<ALG_ID algorithm> class cryptohash_t; template<ALG_ID algorithm> class cryptohash_helper_t;

提供了几个typedef,以简化这些模板类的使用。

typedef cryptohash_t<CALG_MD2> md2_t; typedef cryptohash_t<CALG_MD4> md4_t; typedef cryptohash_t<CALG_MD5> md5_t; typedef cryptohash_t<CALG_SHA1> sha1_t; typedef cryptohash_helper_t<CALG_MD2> md2_helper_t; typedef cryptohash_helper_t<CALG_MD4> md4_helper_t; typedef cryptohash_helper_t<CALG_MD5> md5_helper_t; typedef cryptohash_helper_t<CALG_SHA1> sha1_helper_t;

cryptohash_t具有以下公共接口:

  • bool begin():初始化哈希例程,创建用于计算数据流哈希值的哈希对象。如果函数失败,请检查上一个错误。
  • bool update(unsigned char *const buffer, size_t size):向当前哈希添加更多数据。如果函数失败,请检查上一个错误。
  • bool finalize():从当前哈希对象计算哈希值并销毁哈希对象。如果函数失败,请检查上一个错误。
  • hash_t digest() const:以二进制形式检索计算出的哈希值。
  • std::string hexdigest(bool uppercase = false) const:以十六进制数字字符串的形式检索计算出的哈希值。
  • errorinfo_t lasterror() const:返回上一个错误。

cryptohash_helper_t具有以下公共接口:

  • hash_t digesttext(std::string const& text):计算并返回文本的哈希值(二进制格式)。
  • std::string hexdigesttext(std::string const& text, bool uppercase = false):计算并返回文本的哈希值(十六进制数字字符串)。
  • hash_t digestfile(std::string const& filename):计算并返回文件的哈希值(二进制格式)。
  • std::string hexdigestfile(std::string const& filename, bool uppercase = false):计算并返回文件的哈希值(十六进制数字字符串)。
  • errorinfo_t lasterror() const:返回上述任何函数的上一个错误。

示例

在所有以下示例中,可以简单地使用任何提供的哈希类型(md5_t、md4_t、md2_t、sha1_t)或助手类型(md5_helper_t、md4_helper_t、md2_helper_t、sha1_helper_t),无需对示例进行任何其他更改,即可获得相应的结果。

std::string text = "mariusbancila"; std::string digest; sha1_t hasher; if (hasher.begin()) { if (hasher.update((unsigned char*)(text.c_str()), text.length())) { if (hasher.finalize()) { digest = hasher.hexdigest(); } } } if (digest.empty()) std::cout << "error code = " << hasher.lasterror().errorCode << ", error message = " << hasher.lasterror().errorMessage << std::endl; else std::cout << digest << std::endl; std::string text1 = "marius"; std::string text2 = "bancila"; std::string digest; sha1_t hasher; if (hasher.begin()) { if (hasher.update((unsigned char*)(text1.c_str()), text1.length())) { if (hasher.update((unsigned char*)(text2.c_str()), text2.length())) { if (hasher.finalize()) { digest = hasher.hexdigest(); } } } } if (digest.empty()) std::cout << "error code = " << hasher.lasterror().errorCode << ", error message = " << hasher.lasterror().errorMessage << std::endl; else std::cout << digest << std::endl; md5_helper_t hhasher; std::string digest = hhasher.hexdigesttext("mariusbancila"); if (digest.empty()) std::cout << "error code = " << hhasher.lasterror().errorCode << ", error message = " << hhasher.lasterror().errorMessage << std::endl; else std::cout << digest << std::endl; md5_helper_t hhasher; std::string digest = hhasher.hexdigestfile("c:\\temp\\sample.png"); if (digest.empty()) std::cout << "error code = " << hhasher.lasterror().errorCode << ", error message = " << hhasher.lasterror().errorMessage << std::endl; else std::cout << digest << std::endl;
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