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SHA1とHMAC-SHA1とSHA256とHMAC-SHA256をC++で実装
/*
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SHA1 と HMAC-SHA1 と SHA256 と HMAC-SHA256(Win32 API未使用)
作成者:Hiroaki Software
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-------------参考資料など-----------
1.Javaで作って学ぶ暗号技術 (森北出版)
2.暗号化アルゴリズムを実感しよう その2
http://www.geocities.co.jp/SiliconValley-Oakland/8878/lab18/lab18.html
3.フリーのsha1ハッシュ計算ツール
http://tools.fictionlife.com/sha1/
4.Twitter API プログラミング (ワークスコーポレーション)
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*/
//インクルード
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <malloc.h>
//型定義
typedef unsigned __int32 SHA_INT_TYPE;
//構造体定義
typedef struct tagSHA256_DATA{
SHA_INT_TYPE Value[8];
char Val_String[72];
}SHA256_DATA;
typedef struct tagSHA1_DATA{
SHA_INT_TYPE Value[5];
char Val_String[45];
}SHA1_DATA;
//SHA1のメッセージダイジェスト初期値
const SHA_INT_TYPE SHA1_H_Val[] = { 0x67452301 , 0xefcdab89 , 0x98badcfe , 0x10325476 , 0xc3d2e1f0 };
//SHA256のメッセージダイジェスト初期値
const SHA_INT_TYPE SHA256_H_Val[] = { 0x6a09e667 , 0xbb67ae85 , 0x3c6ef372 , 0xa54ff53a , 0x510e527f , 0x9b05688c , 0x1f83d9ab , 0x5be0cd19 } ;
//SHA256の加算定数
const SHA_INT_TYPE SHA256_K_Val[] = { 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 } ;
//プロトタイプ宣言(基本関数)
SHA_INT_TYPE SHA1_K(SHA_INT_TYPE);
SHA_INT_TYPE SHA1_f(SHA_INT_TYPE,SHA_INT_TYPE,SHA_INT_TYPE,SHA_INT_TYPE);
SHA_INT_TYPE SHA1_rotl(SHA_INT_TYPE,SHA_INT_TYPE);
SHA_INT_TYPE SHA256_rotr(SHA_INT_TYPE,SHA_INT_TYPE);
SHA_INT_TYPE SHA256_sigma0(SHA_INT_TYPE);
SHA_INT_TYPE SHA256_sigma1(SHA_INT_TYPE);
SHA_INT_TYPE SHA256_sum0(SHA_INT_TYPE);
SHA_INT_TYPE SHA256_sum1(SHA_INT_TYPE);
SHA_INT_TYPE SHA256_ch(SHA_INT_TYPE,SHA_INT_TYPE,SHA_INT_TYPE);
SHA_INT_TYPE SHA256_maj(SHA_INT_TYPE,SHA_INT_TYPE,SHA_INT_TYPE);
void SHA_Reverse_INT64(const unsigned char *,unsigned __int64);
SHA_INT_TYPE SHA_Reverse(SHA_INT_TYPE);
//プロトタイプ宣言(SHA)
void SHA1_HashBlock(SHA_INT_TYPE *,const unsigned char *);
bool SHA1(SHA1_DATA *, const char* , SHA_INT_TYPE);
void SHA256_HashBlock(SHA_INT_TYPE *,const unsigned char *);
bool SHA256(SHA256_DATA *, const char* , SHA_INT_TYPE);
//プロトタイプ(HMAC)
bool HMAC_SHA1(SHA1_DATA *,const char*,const char*,SHA_INT_TYPE);
void HMAC_SHA1_Copy(const unsigned char*,SHA1_DATA*);
bool HMAC_SHA256(SHA256_DATA *,const char*,const char*,SHA_INT_TYPE);
void HMAC_SHA256_Copy(const unsigned char*,SHA256_DATA*);
//基本関数
SHA_INT_TYPE SHA1_K(SHA_INT_TYPE t){
if(t<=19)return 0x5a827999;
else if(t<=39)return 0x6ed9eba1;
else if(t<=59)return 0x8f1bbcdc;
else if(t<=79)return 0xca62c1d6;
return 0;
}
SHA_INT_TYPE SHA1_f(SHA_INT_TYPE t,SHA_INT_TYPE B,SHA_INT_TYPE C, SHA_INT_TYPE D){
if(t<=19)return (B&C)|(~B&D);
else if(t<=39)return B^C^D;
else if(t<=59)return (B&C)|(B&D)|(C&D);
else if(t<=79)return B^C^D;
return 0;
}
//左ローテート関数
SHA_INT_TYPE SHA1_rotl(SHA_INT_TYPE r,SHA_INT_TYPE x){
SHA_INT_TYPE rot = r%32;
return (x >> (32 - rot)) | (x << rot);
}
void HMAC_SHA1_Copy(unsigned char *copy,SHA1_DATA *shd){
SHA_INT_TYPE Value[5];
for(int i=0;i<5;i++)Value[i] = SHA_Reverse(shd->Value[i]);
memcpy(copy,Value,20);
}
//右ローテート関数
SHA_INT_TYPE SHA256_rotr(SHA_INT_TYPE r,SHA_INT_TYPE x){
SHA_INT_TYPE rot = r%32;
return (x >> rot) | (x << (32-rot));
}
SHA_INT_TYPE SHA256_sigma0(SHA_INT_TYPE x){
return SHA256_rotr(7,x) ^ SHA256_rotr(18,x) ^ (x >> 3);
}
SHA_INT_TYPE SHA256_sigma1(SHA_INT_TYPE x){
return SHA256_rotr(17,x) ^ SHA256_rotr(19,x) ^ (x >> 10);
}
SHA_INT_TYPE SHA256_sum0(SHA_INT_TYPE x){
return SHA256_rotr(2,x) ^ SHA256_rotr(13,x) ^ SHA256_rotr(22,x);
}
SHA_INT_TYPE SHA256_sum1(SHA_INT_TYPE x){
return SHA256_rotr(6,x) ^ SHA256_rotr(11,x) ^ SHA256_rotr(25,x);
}
SHA_INT_TYPE SHA256_ch(SHA_INT_TYPE x,SHA_INT_TYPE y,SHA_INT_TYPE z){
return (x & y)^(~x & z);
}
SHA_INT_TYPE SHA256_maj(SHA_INT_TYPE x,SHA_INT_TYPE y,SHA_INT_TYPE z){
return (x&y)^(x&z)^(y&z);
}
void SHA_Reverse_INT64(unsigned char *data,unsigned __int64 write){
unsigned char cdata[8];
memcpy(cdata,&write,sizeof(__int64));
for(int i=0;i<=7;i++)*(data + i) = cdata[7-i];
}
SHA_INT_TYPE SHA_Reverse(SHA_INT_TYPE d){
unsigned char b_data[4],a_data[4];
SHA_INT_TYPE ret;
memcpy(b_data,&d,sizeof(__int32));
for(int i=0;i<4;i++)a_data[i] = b_data[3-i];
memcpy(&ret,a_data,sizeof(a_data));
return ret;
}
void HMAC_SHA256_Copy(unsigned char *copy,SHA256_DATA *shd){
SHA_INT_TYPE Value[8];
for(int i=0;i<8;i++)Value[i] = SHA_Reverse(shd->Value[i]);
memcpy(copy,Value,32);
}
void SHA1_HashBlock(SHA_INT_TYPE *SHA1_H_Data , const unsigned char *data){
SHA_INT_TYPE SIT[80];
SHA_INT_TYPE SIT_d[16] ;//512ビット、64バイト
SHA_INT_TYPE a,b,c,d,e;
for(int i=0,j=0;i<16;i++,j+=4)SIT_d[i] = ((*(data + j +3)&0xFF) << 24)|((*(data + j + 2)&0xFF) << 16)|((*(data + j + 1)&0xFF) << 8)|((*(data + j)&0xFF));
for(int i=0;i<16;i++)SIT[i] = SHA_Reverse(SIT_d[i]);
for(int t=16;t<=79;t++)SIT[t] = SHA1_rotl(1,SIT[t-3]^SIT[t-8]^SIT[t-14]^SIT[t-16]);
a = *SHA1_H_Data;
b = *(SHA1_H_Data + 1);
c = *(SHA1_H_Data + 2);
d = *(SHA1_H_Data + 3);
e = *(SHA1_H_Data + 4);
for(int t=0;t<=79;t++){
SHA_INT_TYPE tmp;
tmp = SHA1_rotl(5,a)+SHA1_f(t,b,c,d)+e+SIT[t]+SHA1_K(t);
e = d;
d = c;
c = SHA1_rotl(30,b);
b=a;
a=tmp;
}
*SHA1_H_Data += a;
*(SHA1_H_Data+1)+=b;
*(SHA1_H_Data+2)+=c;
*(SHA1_H_Data+3)+=d;
*(SHA1_H_Data+4)+=e;
}
bool SHA1(SHA1_DATA *sha1d, const char *data , SHA_INT_TYPE size){
SHA_INT_TYPE s,h[5],ns;
int cnt=0;
unsigned __int64 s64;
unsigned char d[64];
if(!sha1d)return false;
s = (size)?size:strlen(data);
memcpy(h,SHA1_H_Val,sizeof(SHA1_H_Val));
//dataのバイト数が64バイトを超えていたら60バイト未満になるまで処理をする
for(SHA_INT_TYPE i=s,j=0;i>=64;i-=64,j+=64)SHA1_HashBlock(h,(const unsigned char*)(data + j));
//パディングに含めるデータのサイズ
ns = s%64;
//d・・・パディング文字列
memset(d,0,64);
//パディングにコピー
memcpy(d,data + (s-ns),ns);
//d[s]に0x80を代入
d[ns] = 0x80;
//パディングに含めるデータのサイズが56バイト以上だった時の処理
if(ns >= 56){
//パディングに含めるデータのサイズが56バイト以上だったらSHA1_HashBlockを実行する
SHA1_HashBlock(h,d);
//dの最初~56バイト文NULL文字をセット
memset(d,0,56);
}
//データのサイズをビット数にする
s64 = s*8;
//データのサイズ(ビット単位)を書き込む
SHA_Reverse_INT64(&d[56],s64);
//最後の処理
SHA1_HashBlock(h,d);
memcpy(sha1d->Value,h,sizeof(h));
sprintf(sha1d->Val_String,"%08X %08X %08X %08X %08X",h[0],h[1],h[2],h[3],h[4]);
return true;
}
bool HMAC_SHA1(SHA1_DATA *sha1d,const char *b_target,const char *b_key,SHA_INT_TYPE tsize){
unsigned char key[65],ipad[64],opad[64];
unsigned char *tk,tk2[20],tk3[84];
SHA_INT_TYPE tks;
SHA1_DATA SD,ret;
memset(&SD,0,sizeof(SHA1_DATA));
memset(key,0,65);
memset(ipad,0x36,64);
memset(opad,0x5c,64);
if(!sha1d)return false;
if(strlen(b_key) > 64){
SHA1(&SD,b_key,0);
HMAC_SHA1_Copy(key,&SD);
}else{
memcpy(key,(unsigned char*)b_key,strlen(b_key));
}
memset(&SD,0,sizeof(SHA1_DATA));
for(int i=0;i<64;i++){
ipad[i] = key[i] ^ ipad[i];
opad[i] = key[i] ^ opad[i];
}
tks = (tsize)?tsize:strlen(b_target) + 64;
tk = (unsigned char *)malloc(tks);
if(!tk)return false;
memset(tk,0,tks);
memcpy(tk,ipad,64);
memcpy(tk+64,(unsigned char*)b_target,(tsize)?tsize:strlen(b_target));
SHA1(&SD,(char *)tk,tks);
HMAC_SHA1_Copy(tk2,&SD);
memcpy(tk3,opad,64);
memcpy(tk3 + 64 , tk2,20);
SHA1(&ret,(char *)tk3,84);
memcpy(sha1d,&ret,sizeof(SHA1_DATA));
free(tk);
return true;
}
void SHA256_HashBlock(SHA_INT_TYPE *SHA256_H_Data,const unsigned char *data){
SHA_INT_TYPE SIT[64];
SHA_INT_TYPE SIT_d[16] ;//512ビット、64バイト
SHA_INT_TYPE a,b,c,d,e,f,g,h;
for(int i=0,j=0;i<16;i++,j+=4)SIT_d[i] = ((*(data + j +3)&0xFF) << 24)|((*(data + j + 2)&0xFF) << 16)|((*(data + j + 1)&0xFF) << 8)|((*(data + j)&0xFF));
for(int i=0;i<16;i++)SIT[i] = SHA_Reverse(SIT_d[i]);
for(int t=16;t<=63;t++) SIT[t] = SHA256_sigma1(SIT[t-2]) + SIT[t-7] + SHA256_sigma0(SIT[t-15]) + SIT[t-16];
a = *SHA256_H_Data;
b = *(SHA256_H_Data + 1);
c = *(SHA256_H_Data + 2);
d = *(SHA256_H_Data + 3);
e = *(SHA256_H_Data + 4);
f = *(SHA256_H_Data + 5);
g = *(SHA256_H_Data + 6);
h = *(SHA256_H_Data + 7);
for(int t=0;t<=63;t++){
SHA_INT_TYPE tmp[2];
tmp[0] = h + SHA256_sum1(e) + SHA256_ch(e,f,g) + SHA256_K_Val[t] +SIT[t];
tmp[1] = SHA256_sum0(a) + SHA256_maj(a,b,c);
h = g;
g = f;
f = e;
e = d + tmp[0];
d = c;
c = b;
b = a;
a = tmp[0] + tmp[1];
}
*SHA256_H_Data += a;
*(SHA256_H_Data + 1) += b;
*(SHA256_H_Data + 2) += c;
*(SHA256_H_Data + 3) += d;
*(SHA256_H_Data + 4) += e;
*(SHA256_H_Data + 5) += f;
*(SHA256_H_Data + 6) += g;
*(SHA256_H_Data + 7) += h;
}
bool SHA256(SHA256_DATA *sha256d, const char *data , SHA_INT_TYPE size){
SHA_INT_TYPE s,h[8],ns;
int cnt=0;
unsigned __int64 s64;
unsigned char d[64];
if(!sha256d)return false;
s = (size)?size:strlen(data);
memcpy(h,SHA256_H_Val,sizeof(SHA256_H_Val));
//dataのバイト数が64バイトを超えていたら60バイト未満になるまで処理をする
for(SHA_INT_TYPE i=s,j=0;i>=64;i-=64,j+=64)SHA256_HashBlock(h,(const unsigned char*)(data + j));
//パディングに含めるデータのサイズ
ns = s%64;
//d・・・パディング文字列
memset(d,0,64);
//パディングにコピー
memcpy(d,data + (s-ns),ns);
//d[ns]に0x80を代入
d[ns] = 0x80;
//パディングに含めるデータのサイズが56バイト以上だった時の処理
if(ns >= 56){
//パディングに含めるデータのサイズが56バイト以上だったらSHA1_HashBlockを実行する
SHA256_HashBlock(h,d);
//dの最初~56バイト文NULL文字をセット
memset(d,0,56);
}
//データのサイズをビット数にする
s64 = s*8;
//データのサイズ(ビット単位)を書き込む
SHA_Reverse_INT64(&d[56],s64);
//最後の処理
SHA256_HashBlock(h,d);
memcpy(sha256d->Value,h,sizeof(h));
sprintf(sha256d->Val_String,"%08X %08X %08X %08X %08X %08X %08X %08X",h[0],h[1],h[2],h[3],h[4],h[5],h[6],h[7]);
return true;
}
bool HMAC_SHA256(SHA256_DATA *sha256d,const char *b_target,const char *b_key,SHA_INT_TYPE tsize){
unsigned char key[65],ipad[64],opad[64];
unsigned char *tk,tk2[32],tk3[96];
SHA_INT_TYPE tks;
SHA256_DATA SD,ret;
memset(&SD,0,sizeof(SHA256_DATA));
memset(key,0,65);
memset(ipad,0x36,64);
memset(opad,0x5c,64);
if(!sha256d)return false;
if(strlen(b_key) > 64){
SHA256(&SD,b_key,0);
HMAC_SHA256_Copy(key,&SD);
}else{
memcpy(key,(unsigned char*)b_key,strlen(b_key));
}
memset(&SD,0,sizeof(SHA256_DATA));
for(int i=0;i<64;i++){
ipad[i] = key[i] ^ ipad[i];
opad[i] = key[i] ^ opad[i];
}
tks = (tsize)?tsize:strlen(b_target) + 64;
tk = (unsigned char *)malloc(tks);
if(!tk)return false;
memset(tk,0,tks);
memcpy(tk,ipad,64);
memcpy(tk+64,(unsigned char*)b_target,(tsize)?tsize:strlen(b_target));
SHA256(&SD,(char *)tk,tks);
HMAC_SHA256_Copy(tk2,&SD);
memcpy(tk3,opad,64);
memcpy(tk3 + 64 , tk2,32);
SHA256(&ret,(char *)tk3,96);
memcpy(sha256d,&ret,sizeof(SHA256_DATA));
free(tk);
return true;
}
//メイン関数
int main(void){
char Data[2048],Key[2048];
SHA256_DATA SD256;
SHA1_DATA SD1;
printf("Data(2048バイト未満) = ");
gets(Data);
printf("Key(2048バイト未満) = ");
gets(Key);
SHA1(&SD1,Data,0);
SHA256(&SD256,Data,0);
printf("\nSHA1 = %s\n",SD1.Val_String);
printf("SHA256 = %s\n\n",SD256.Val_String);
HMAC_SHA1(&SD1,Data,Key,0);
HMAC_SHA256(&SD256,Data,Key,0);
printf("HMAC-SHA1 = %s\n",SD1.Val_String);
printf("HMAC-SHA256 = %s\n",SD256.Val_String);
return 0;
}
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