Hash MD5 CRC 知识

Hash

本文旨在科普安全相关的知识，并附一个C#实现的文件管理工具。

Hash

安全散列算法（英语：Secure Hash Algorithm，缩写为SHA）是一个密码散列函数家族，是FIPS所认证的五种安全散列算法。能计算出一个数字消息所对应到的，长度固定的字符串（又称消息摘要）的算法。且若输入的消息不同，它们对应到不同字符串的概率很高。这些算法之所以称作“安全”是基于以下两点（根据官方标准的描述）：

HASH是根据文件的内容的数据通过逻辑运算得到的数值, 不同的文件(即使是相同的文件名)得到的HASH值是不同的, 所以HASH值就成了每一个文件的身份证。

不同HASH值的文件内容也是不相同的,相同的HASH值的文件的内容肯定是完全相同(即使文件名不同).

HASH值还有文件校验的功能,相当于文件的校验码. 所以还可以用来检查文件下载是否正确(比如我们在下载系统镜像或其它开源软件时，官网都会提供文件的HASH值，让我们通过对比HASH值来判断文件是否被修改过)。

文件的Hash值在下载文件的校验方面有很大的用途，Hash值是文件内容的通过二进制码进行一系列的变换生成出来的，即使文件名发生变化，Hash的值也不会发生改变。因此在开发的过程中一般比较两个文件是否相同都是去比较两个文件的Hash值。

MD5

英文全称Message-Digest Algorithm(消息摘要算法)

在下载一下东西时，经常在一些压缩包属性里，看到md5值。而且这个下载页面，很可能会在某一个地方，写了一句，此文件的MD5值为XXXXXXXXX。这有什么作用呢？

白话白话：md5，其实就是一中算法。可以将一个字符串，或文件，或压缩包，执行md5后，就可以生成一个固定长度为128bit的串。这个串，基本上是唯一的。

所以，有人修过压缩包后，就会生成新的串，这时就可以拿网站提供的串和新生成的串对比，如果不同，那就是被人修过过了。

CRC

循环冗余校验（英语：Cyclic redundancy check，通称“CRC”）是一种根据网络数据包或电脑文件等数据产生简短固定位数校验码的一种散列函數，主要用来检测或校验数据传输或者保存后可能出现的错误。生成的数字在传输或者存储之前计算出来并且附加到数据后面，然后接收方进行检验确定数据是否发生变化。一般来说，循环冗余校验的值都是32位的整数。由于本函数易于用二进制的电脑硬件使用、容易进行数学分析并且尤其善于检测传输通道干扰引起的错误，因此获得广泛应用。此方是由W. Wesley Peterson于1961年发表

HashHelper

下面一个C#版本的工具类，主要功能是计算文件Hash,文件MD5，文件的CRC32

using System;
using System.IO;
using System.Text;

/// <summary>
/// 提供用于计算指定文件哈希值的方法
/// <example>例如计算文件的MD5值:
/// <code>
///   String hashMd5=HashHelper.GetMD5("MyFile.txt");
/// </code>
/// </example>
/// <example>例如计算文件的CRC32值:
/// <code>
///   String hashCrc32 = HashHelper.GetCRC32("MyFile.txt");
/// </code>
/// </example>
/// <example>例如计算文件的SHA1值:
/// <code>
///   String hashSha1 =HashHelper.GetSHA1("MyFile.txt");
/// </code>
/// </example>
/// </summary>
public class HashHelper
{
    /// <summary>
    ///  计算指定文件的MD5值
    /// </summary>
    /// <param name="fileName">指定文件的完全限定名称</param>
    /// <returns>返回值的字符串形式</returns>
    public static String GetMD5(String fileName)
    {
        String hashMD5 = String.Empty;
        //检查文件是否存在，如果文件存在则进行计算，否则返回空值
        if (File.Exists(fileName))
        {
            using (FileStream fs = new FileStream(fileName, FileMode.Open, FileAccess.Read))
            {
                //计算文件的MD5值
                System.Security.Cryptography.MD5 calculator = System.Security.Cryptography.MD5.Create();
                Byte[] buffer = calculator.ComputeHash(fs);
                calculator.Clear();
                //将字节数组转换成十六进制的字符串形式
                StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
                for (int i = 0; i < buffer.Length; i++)
                {
                    stringBuilder.Append(buffer[i].ToString("x2"));
                }
                hashMD5 = stringBuilder.ToString();
            }//关闭文件流
        }//结束计算
        return hashMD5;
    }//ComputeMD5

    /// <summary>
    ///  计算指定文件的CRC32值
    /// </summary>
    /// <param name="fileName">指定文件的完全限定名称</param>
    /// <returns>返回值的字符串形式</returns>
    public static String GetCRC32(String fileName)
    {
        String hashCRC32 = String.Empty;
        //检查文件是否存在，如果文件存在则进行计算，否则返回空值
        if (File.Exists(fileName))
        {
            using (FileStream fs = new FileStream(fileName, FileMode.Open, FileAccess.Read))
            {
                //计算文件的CSC32值
                Crc32 calculator = new Crc32();
                Byte[] buffer = calculator.ComputeHash(fs);
                calculator.Clear();
                //将字节数组转换成十六进制的字符串形式
                StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
                for (int i = 0; i < buffer.Length; i++)
                {
                    stringBuilder.Append(buffer[i].ToString("x2"));
                }
                hashCRC32 = stringBuilder.ToString();
            }//关闭文件流
        }
        return hashCRC32;
    }//ComputeCRC32


    /// <summary>
    /// 获取文件的SHA1
    /// </summary>
    /// <param name="fileName"></param>
    /// <returns></returns>
    public static String GetSHA1(String fileName)
    {
        String hashSHA1 = String.Empty;
        //检查文件是否存在，如果文件存在则进行计算，否则返回空值
        if (File.Exists(fileName))
        {
            using (FileStream fileStream = new FileStream(fileName, FileMode.Open, FileAccess.Read))
            {
                //计算文件的SHA1值
                System.Security.Cryptography.SHA1 calculator = System.Security.Cryptography.SHA1.Create();
                Byte[] buffer = calculator.ComputeHash(fileStream);
                calculator.Clear();
                //将字节数组转换成十六进制的字符串形式
                StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
                for (int bufferIdx = 0; bufferIdx < buffer.Length; bufferIdx++)
                {
                    stringBuilder.Append(buffer[bufferIdx].ToString("x2"));
                }
                hashSHA1 = stringBuilder.ToString();

            }//关闭文件流
        }
        else
        {
            Console.Error.WriteLine("{0}文件找不到！", fileName);
        }
        return hashSHA1;
    }//end GetSHA1
}

/// <summary>
/// 提供 CRC32 算法的实现
/// </summary>
public class Crc32 : System.Security.Cryptography.HashAlgorithm
{
    public const UInt32 DefaultPolynomial = 0xedb88320;
    public const UInt32 DefaultSeed = 0xffffffff;
    private UInt32 hash;
    private UInt32 seed;
    private UInt32[] table;
    private static UInt32[] defaultTable;
    public Crc32()
    {
        table = InitializeTable(DefaultPolynomial);
        seed = DefaultSeed;
        Initialize();
    }
    public Crc32(UInt32 polynomial, UInt32 seed)
    {
        table = InitializeTable(polynomial);
        this.seed = seed;
        Initialize();
    }
    public override void Initialize()
    {
        hash = seed;
    }
    protected override void HashCore(byte[] buffer, int start, int length)
    {
        hash = CalculateHash(table, hash, buffer, start, length);
    }
    protected override byte[] HashFinal()
    {
        byte[] hashBuffer = UInt32ToBigEndianBytes(~hash);
        this.HashValue = hashBuffer;
        return hashBuffer;
    }
    public static UInt32 Compute(byte[] buffer)
    {
        return ~CalculateHash(InitializeTable(DefaultPolynomial), DefaultSeed, buffer, 0, buffer.Length);
    }
    public static UInt32 Compute(UInt32 seed, byte[] buffer)
    {
        return ~CalculateHash(InitializeTable(DefaultPolynomial), seed, buffer, 0, buffer.Length);
    }
    public static UInt32 Compute(UInt32 polynomial, UInt32 seed, byte[] buffer)
    {
        return ~CalculateHash(InitializeTable(polynomial), seed, buffer, 0, buffer.Length);
    }
    private static UInt32[] InitializeTable(UInt32 polynomial)
    {
        if (polynomial == DefaultPolynomial && defaultTable != null)
        {
            return defaultTable;
        }
        UInt32[] createTable = new UInt32[256];
        for (int i = 0; i < 256; i++)
        {
            UInt32 entry = (UInt32)i;
            for (int j = 0; j < 8; j++)
            {
                if ((entry & 1) == 1)
                    entry = (entry >> 1) ^ polynomial;
                else
                    entry = entry >> 1;
            }
            createTable[i] = entry;
        }
        if (polynomial == DefaultPolynomial)
        {
            defaultTable = createTable;
        }
        return createTable;
    }
    private static UInt32 CalculateHash(UInt32[] table, UInt32 seed, byte[] buffer, int start, int size)
    {
        UInt32 crc = seed;
        for (int i = start; i < size; i++)
        {
            unchecked
            {
                crc = (crc >> 8) ^ table[buffer[i] ^ crc & 0xff];
            }
        }
        return crc;
    }
    private byte[] UInt32ToBigEndianBytes(UInt32 x)
    {
        return new byte[] { (byte)((x >> 24) & 0xff), (byte)((x >> 16) & 0xff), (byte)((x >> 8) & 0xff), (byte)(x & 0xff) };
    }
}//end class: Crc32

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