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BlakeSharp - BLAKE 哈希算法的 C# 实现

Dominik Reichl
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2011年11月20日

CPOL

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BLAKE 哈希算法的 C# 实现。

目录

BLAKE 和 BlakeSharp

BlakeSharp 是我用 C# 实现的 BLAKE 算法。它是公共领域软件，即您可以自由地将其包含/用于您的项目（也包括商业项目）。如果您正在使用它，如果能在您的程序文档中某处提及我，那将不胜感激，但这并非强制要求。

BLAKE 是一种密码学安全单向哈希函数。它由 Jean-Philippe Aumasson、Luca Henzen、Willi Meier 和 Raphael C.-W. Phan 设计。BLAKE 是 NIST SHA-3 竞赛的五名决赛选手之一。有关 BLAKE 的更多信息，请参阅BLAKE 官方网站。

BlakeSharp 源自 BLAKE 的参考 C 实现。所有代码均已用 C# 重写，即现在只使用托管代码，没有原生或不安全代码。因此，它具有可移植性，在 .NET（Windows）和 Mono（Linux / Mac OS X / ...）下都能良好运行。

在您的项目中包含 BlakeSharp

BlakeSharp 由两个类组成，它们实现了 BLAKE 的两个主要实例：Blake256 类实现 256 位版本的 BLAKE（BLAKE-256，生成 256 位 = 32 字节长的哈希），而 Blake512 类实现 512 位版本的 BLAKE（BLAKE-512，生成 512 位 = 64 字节长的哈希）。这两个类相互独立（即，当您只需要 256 位版本时，不需要包含 512 位代码，反之亦然）。

有两种不同的方式可以包含 BlakeSharp

  • 包含源代码。如果您的项目是用 C# 编写的，您可以简单地将 BlakeSharp 文件复制/包含到您的项目中。根据您是想使用 256 位版本和/或 512 位版本，您需要包含 Blake256.cs 和/或 Blake512.cs 文件。包含文件后，可以在 BlakeSharp 命名空间中找到这些类。
  • 引用 BlakeSharp 程序集。如果您的项目是用另一种 .NET 语言编写的，您可以在您的项目中引用 BlakeSharp 程序集（BlakeSharp.dll 文件）。这将使 BlakeSharp 命名空间可用，您将在其中找到这两个类。

Blake256.cs 和 Blake512.cs 可以在可下载包的 BlakeSharp 文件夹中找到。编译后的 BlakeSharp.dll 位于 Build/BlakeSharp/Release 中。

使用 BlakeSharp

这两个类（Blake256 和 Blake512）都派生自 HashAlgorithm .NET 基类。因此，这些类的使用方式与 .NET 框架中的其他哈希算法类完全相同，例如 SHA1Managed 或 SHA256Managed。

一些使用示例

  • 哈希字符串。要哈希字符串，您首先需要决定要使用哪种编码。编码定义了字符串字符如何映射到字节序列。

    • 在测试向量中，字符串通常使用 ANSI 编码。可以使用 Encoding.Default 以 ANSI 编码字符串。因此，对 ANSI 编码字符串“The quick brown fox jumps over the lazy dog”进行哈希的代码可能如下所示：

    string str = "The quick brown fox jumps over the lazy dog";
byte[] pbText = Encoding.Default.GetBytes(str);
Blake512 blake512 = new Blake512();
byte[] pbHash = blake512.ComputeHash(pbText);

    pbHash 字节数组现在包含 BLAKE-512 哈希（64 字节）。

    这里我们使用了接受 byte[] 的 ComputeHash 方法重载。这当然要求所有要哈希的数据都在内存中，这可能并非总是可行（例如，在哈希一个多 GB 文件时）。在这种情况下，下面的方法更实用。

    ComputeHash 方法会自动重新初始化对象，即，如果您愿意，可以在之后立即再次调用它；不需要分配新的类实例。

  • 哈希文件。计算文件内容的哈希也很容易
    • FileStream fsIn = new FileStream(strFilePath,
    FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.Read);
Blake512 blake512 = new Blake512();
byte[] pbHash = blake512.ComputeHash(fsIn);
fsIn.Close();

    这里我们使用了接受 Stream 的 ComputeHash 方法重载。此方法连续地从流中分块读取数据并对这些块进行哈希处理。由于内存中始终只需要保留一个块，因此此方法所需的内存非常少，适用于哈希多 GB 文件。

    ComputeHash 方法会自动重新初始化对象，即，如果您愿意，可以在之后立即再次调用它；不需要分配新的类实例。

  • 自行哈希。如果您想（分块）将数据自行输入到哈希算法中，可以使用 TransformBlock 和 TransformFinalBlock 方法。之后，可以使用 Hash 属性查询哈希。有关详细信息，请参阅 MSDN 上关于 HashAlgorithm 的文档。

演示应用程序

可下载包包含一个名为 BlakeSharpDemo 的演示应用程序，它可以哈希字符串和文件。编译后的可执行文件 BlakeSharpDemo.exe 可以在 Build/BlakeSharpDemo/Release 中找到。

BlakeSharpDemo.exe 可以通过以下命令行参数调用

  • -f

    • 此参数后的所有参数都将被解释为文件路径，应用程序将计算它们的 BLAKE-256 和 BLAKE-512 哈希。

  • -s

    • 此参数后的所有参数都将被解释为 ANSI 字符串，应用程序将计算它们的 BLAKE-256 和 BLAKE-512 哈希。

  • -t

    • 执行一个非常简单的自检。

  • -tf

    • 此参数后的所有参数都将被解释为测试向量文件的文件路径。应用程序加载测试向量并验证是否计算了正确的哈希。

  • -b256

    • 执行 Blake256 的基准测试。输出数字表示当前 PC 每秒可以哈希多少兆字节的数据。

  • -b512

    • 执行 Blake512 的基准测试。输出数字表示当前 PC 每秒可以哈希多少兆字节的数据。

示例

  • BlakeSharpDemo.exe -f MyFile.txt MyFile2.txt

    • 计算并打印文件 MyFile.txt 和 MyFile2.txt 内容的 BLAKE-256 和 BLAKE-512 哈希。

  • BlakeSharpDemo.exe -s "The quick brown fox jumps over the lazy dog"

    • 输出如下

    Text 'The quick brown fox jumps over the lazy dog' (encoding Windows-1252)
BLAKE-256:
7576698EE9CAD30173080678E5965916ADBB11CB5245D386BF1FFDA1CB26C9D7
BLAKE-512:
1F7E26F63B6AD25A0896FD978FD050A1766391D2FD0471A77AFB975E5034B7AD-
2D9CCF8DFB47ABBBE656E1B82FBC634BA42CE186E8DC5E1CE09A885D41F43451
  • BlakeSharpDemo.exe -tf ShortMsgKAT_512.txt LongMsgKAT_512.txt

    • 当您将文件 ShortMsgKAT_512.txt 和 LongMsgKAT_512.txt（来自官方 BLAKE 规范包中的 KAT_MCT 文件夹）复制到 BlakeSharpDemo 应用程序目录并运行上述命令时，BlakeSharpDemo 将加载这两个测试向量文件并验证所有哈希。输出应为

    Summary: 255 test vectors validated successfully, 0 errors.
Summary: 65 test vectors validated successfully, 0 errors.

    BlakeSharpDemo 支持解析和检查所有测试向量文件，但 MonteCarlo_*.txt 文件除外（对这些文件的解析支持可能会在 BlakeSharpDemo 的后续版本中添加）。

要在 Mono (Linux / Mac OS X / ...) 下运行 BlakeSharpDemo，请在上述命令行前加上“mono”。

就是这样！祝您哈希愉快！

版本历史

  • 版本 1.0 - 2011-11-20
    • 初始发布（实现 BLAKE v1.4）。
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