如何在 C++ 中可移植地计算 sha1 哈希？

Question

目标是计算一个或多个缓冲区的 SHA1 哈希值作为 C++ 程序的一部分。

Answer 1

我不确定使用 boost 的 UUID 的人是否会正确地在哈希值中使用前导零（您的字符串应该始终具有相同的长度 afaik），所以这是上面示例的简化版本，可以做到这一点：

#include <cstdio>
#include <string>
#include <boost/uuid/sha1.hpp>

std::string get_sha1(const std::string& p_arg)
{
    boost::uuids::detail::sha1 sha1;
    sha1.process_bytes(p_arg.data(), p_arg.size());
    unsigned hash[5] = {0};
    sha1.get_digest(hash);

    // Back to string
    char buf[41] = {0};

    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        std::sprintf(buf + (i << 3), "%08x", hash[i]);
    }

    return std::string(buf);
}

Answer 2

Qt 库从 4.3 版开始包含类 QCryptographicHash，它支持各种散列算法，包括 SHA1。尽管 Qt 的可移植性可以说不如 OpenSSL，但至少对于已经依赖 Qt 的项目来说，QCryptographicHash 是计算 SHA1 哈希的明显方法。

计算文件的 SHA1 哈希的示例程序：

#include <QCryptographicHash>
#include <QByteArray>
#include <QFile>
#include <iostream>
#include <stdexcept>
using namespace std;
int main(int argc, char **argv)
{
  try {
    if (argc < 2)
      throw runtime_error(string("Call: ") + *argv + string(" FILE"));
    const char *filename = argv[1];
    QFile file(filename);
    if (!file.open(QIODevice::ReadOnly | QIODevice::Unbuffered))
      throw runtime_error("Could not open: " + string(filename));
    QCryptographicHash hash(QCryptographicHash::Sha1);
    vector<char> v(128*1024);
    for (;;) {
      qint64 n = file.read(v.data(), v.size());
      if (!n)
        break;
      if (n == -1)
        throw runtime_error("Read error");
      hash.addData(v.data(), n);
    }
    QByteArray h(hash.result().toHex());
    cout << h.data() << '\n';
  } catch (const exception &e) {
    cerr << "Error: " << e.what() << '\n';
    return 1;
  }
  return 0;
}

使用的 Qt 类都是 Qt 核心库的一部分。一个示例 cmake 构建文件：

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.11)
project(hash_qt CXX)
set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -Wall -std=c++11")
find_package(Qt5Core)
add_executable(hash_qt hash_qt.cc)
target_link_libraries(hash_qt Qt5::Core)

Answer 3

Boost 提供了一个简单的 API 来计算字符串的 SHA1 哈希：

#include <iostream>
#include <string>

#include <boost/compute/detail/sha1.hpp>

int main(int argc, char **argv)
{
  if (argc < 2) {
      std::cerr << "Call: " << *argv << " STR\n";
      return 1;
  }

  boost::compute::detail::sha1 sha1 { argv[1] };
  std::string s { sha1 };

  std::cout << s << '\n';

  return 0;
}

不过，该 API 对 Boost Compute library 是私有的，因为它是详细名称空间的一部分。这意味着它没有任何稳定性保证。

---

Boost 还提供了一个 SHA1 散列类作为 Boost Uuid Library 的一部分，其 API 更适合散列任意二进制输入，例如文件。虽然它是 detail 命名空间的一部分，这意味着它是一种库私有的，但它存在多年且稳定。

一个计算文件的 SHA1 哈希并将其打印到标准输出的小示例：

前奏：

#include <boost/uuid/detail/sha1.hpp>
#include <boost/predef/other/endian.h>
#include <boost/endian/conversion.hpp>
#include <boost/algorithm/hex.hpp>
#include <boost/range/iterator_range_core.hpp>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
using namespace std;

主要功能：

{
  if (argc < 2) { cerr << "Call: " << *argv << " FILE\n"; return 1; }
  const char *filename = argv[1];
  int fd = open(filename, O_RDONLY);
  if (fd == -1) { cerr << "open: " << strerror(errno) << ")\n"; return 1; }
  vector<char> v(128*1024);
  boost::uuids::detail::sha1 sha1;
  for (;;) {
    ssize_t n = read(fd, v.data(), v.size());
    if (n == -1) {
      if (errno == EINTR) continue;
      cerr << "read error: " << strerror(errno) << '\n';
      return 1; 
    }
    if (!n) break;
    sha1.process_bytes(v.data(), n);
  } 
  boost::uuids::detail::sha1::digest_type hash;
  sha1.get_digest(hash);
#ifdef  BOOST_ENDIAN_BIG_BYTE
  for (unsigned i = 0; i < sizeof hash / sizeof hash[0]; ++i)
    boost::endian::endian_reverse_inplace(hash[i]);
#endif
  boost::algorithm::hex(boost::make_iterator_range(
        reinterpret_cast<const char*>(hash),
        reinterpret_cast<const char*>(hash) + sizeof hash),
        std::ostream_iterator<char>(cout)); cout << '\n';
  int r = close(fd);
  if (r == -1) { cerr << "close error: " << strerror(errno) << '\n';
                 return 1; }
  return 0;
}

---

Boost 的使用部分不会对任何 boost 共享库创建依赖关系。由于 Boost 非常便携并且可用于各种架构，因此使用 Boost 计算 SHA1 哈希值也非常便携。

Answer 4

OpenSSL 库是可移植的、高效的、实现 SHA1 支持以及其他有用的功能。在大多数平台上都可用...

https://www.openssl.org/docs/crypto/sha.html

Answer 5

OpenSSL 库包含一个用于不同哈希方法的 API，并且非常便携，并且在许多系统上都可以轻松使用。

使用推荐的 OpenSSL EVP API 计算文件的 SHA1 哈希的 C++ 示例：

int main(int argc, char **argv)
{
  try {
    if (argc < 2) throw runtime_error(string("Call: ") + *argv
                                    + string(" FILE"));
    const char *filename = argv[1];
    int fd = open(filename, O_RDONLY);
    if (fd == -1) throw runtime_error("Could not open " + string(filename)
                                    + " (" + string(strerror(errno)) + ")");
    BOOST_SCOPE_EXIT(&fd) { close(fd); } BOOST_SCOPE_EXIT_END
    const EVP_MD *md = EVP_sha1();
    if (!md) throw logic_error("Couldn't get SHA1 md");
    unique_ptr<EVP_MD_CTX, void (*)(EVP_MD_CTX*)> md_ctx(EVP_MD_CTX_create(),
        EVP_MD_CTX_destroy);
    if (!md_ctx) throw logic_error("Couldn't create md context");
    int r = EVP_DigestInit_ex(md_ctx.get(), md, 0);
    if (!r) throw logic_error("Could not init digest");
    vector<char> v(128*1024);
    for (;;) {
      ssize_t n = read(fd, v.data(), v.size());
      if (n == -1) {
        if (errno == EINTR)
          continue;
        throw runtime_error(string("read error: ") + strerror(errno));
      }
      if (!n) 
        break;
      int r = EVP_DigestUpdate(md_ctx.get(), v.data(), n);
      if (!r) throw logic_error("Digest update failed");
    }
    array<unsigned char, EVP_MAX_MD_SIZE> hash;
    unsigned int n =  0;
    r = EVP_DigestFinal_ex(md_ctx.get(), hash.data(), &n);
    if (!r) throw logic_error("Could not finalize digest");
    boost::algorithm::hex(boost::make_iterator_range( 
          reinterpret_cast<const char*>(hash.data()),
          reinterpret_cast<const char*>(hash.data()+n)),
          std::ostream_iterator<char>(cout));
    cout << '\n';
  } catch (const exception &e) {
    cerr << "Error: " << e.what() << '\n';
    return 1;
  } 
  return 0; 
}

例子的前奏：

#include <openssl/evp.h>
#include <boost/algorithm/hex.hpp>
#include <boost/range/iterator_range_core.hpp>
#include <boost/scope_exit.hpp>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <array>
#include <memory>
#include <string>
#include <stdexcept>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
using namespace std;

对于 EVP API，程序必须与 libcrypto 链接，例如：

g++ -g -std=c++11 sha1_example.cc -lcrypto

Answer 6

Botan 库实现了加密算法的“厨房水槽”，包括 SHA1（当然）。它可以在提供最新 C++ 编译器的各种系统之间移植。

使用 Botan 用于构建管道的高级流式 C++ API 直接计算 SHA1 哈希值并将其作为十六进制字符串获取。

计算文件的 SHA1 哈希的示例：

#include <botan/pipe.h>
#include <botan/basefilt.h>
#include <botan/filters.h>
#include <botan/data_snk.h>
using namespace Botan;
#include <fstream>
#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, char **argv)
{
  try {
    if (argc < 2)
      throw runtime_error(string("Call: ") + *argv + string(" FILE"));
    const char *filename = argv[1];

    ifstream in(filename, ios::binary);
    in.exceptions(ifstream::badbit);
    Pipe pipe(new Chain(new Hash_Filter("SHA-1"),
          new Hex_Encoder(Hex_Encoder::Lowercase)),
        new DataSink_Stream(cout));
    pipe.start_msg();
    in >> pipe;
    pipe.end_msg();
  } catch (const exception &e) {
    cerr << "Error: " << e.what() << '\n';
    return 1;
  }
  return 0;
}

当哈希值作为字符串处理时，可以使用ostringstream（而不是cout）作为数据接收器流。

根据目标系统/发行版，头文件可能放置在稍微不寻常的位置，并且库可能包含稍微意外的后缀（例如在 Fedora 21 上）。以下 cmake sn-p 说明了这一点：

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.11)
project(hash CXX)
set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -Wall -std=c++11")
find_library(LIB_BOTAN NAMES botan botan-1.10)
find_path(HEADER_BOTAN NAMES botan/pipe.h PATH_SUFFIXES botan-1.10)
add_executable(hash_botan hash_botan.cc)
set_property(TARGET hash_botan PROPERTY INCLUDE_DIRECTORIES ${HEADER_BOTAN})
target_link_libraries(hash_botan ${LIB_BOTAN})

Answer 7

Crypto++ 库是一个可移植的 C++ 库，其中包含多种加密算法，包括 SHA1 等多种哈希算法。

API 提供各种源和接收器类，其中可以附加一堆转换。

计算文件的 SHA1 哈希的示例：

#include <cryptopp/files.h>
#include <cryptopp/filters.h>
#include <cryptopp/hex.h>
#include <cryptopp/sha.h>
using namespace CryptoPP;
#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, char **argv)
{
  try {
    if (argc < 2)
      throw runtime_error(string("Call: ") + *argv + string(" FILE"));
    const char *filename = argv[1];

    SHA1 sha1;
    FileSource source(filename, true,
        new HashFilter(sha1,
          new HexEncoder(new FileSink(cout), false, 0, ""),
          false)
        );

  } catch (const exception &e) {
    cerr << "Error: " << e.what() << '\n';
    return 1;
  }
  return 0;
}

可以通过例如：g++ -Wall -g -std=c++11 hash_cryptopp.cc -lcryptopp进行编译

Crypto++ 通过几个附加的转换将内容从源“泵送”到接收器中。除了FileSink，还可以使用其他接收器，例如StringSinkTemplate 用于直接写入字符串对象。

附加的对象是引用计数的，因此它们会在范围退出时自动销毁。