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用PHP實作自己的sha-256哈希演算法！

藏色散人
藏色散人轉載
2022-05-23 11:39:227319瀏覽

雜湊 又稱作 “散列”，它接收任何一組任意長度的輸入訊息，透過 雜湊 演算法變換成固定長度的資料指紋，該指紋就是 雜湊值。總體而言，哈希 可理解為一種訊息摘要。

在PHP 中有這個函數hash()，可以計算字串的雜湊值，出於好奇我Google 了一下哈希計算的具體步驟，並使用PHP 編寫了一套計算sha-256哈希值的程式碼。當然除了 sha-256 以外還有一些別的哈希演算法，只是目前 sha-256 用的多一些。以下是目前美國國家標準與技術研究院發布雜湊演算法：

哈希演算法 輸入大小（bits） #分塊大小（bits） 行大小（bits） 產生二進位長度（bits） 產生十六進位長度（chars）
sha1 < 2^64 512 32 160 #40
sha-224 < 2^64 #512 #32 ##224 56
sha-256 < 2^64 512 32 256 64
sha-384 < 2^128 1024 64 384 96
sha-512 < 2^128 1024 64 512 128
#sha-512/224 < 2^128 1024 64 224 56
sha-512/256 #< 2 ^128 1024 64 256 64

在寫作過程中我主要參考了以下文件和網站：

Lane Wagner - How SHA-256 Works Step-By-Step：https://blog.boot.dev/cryptography/how-sha-2-works-step-by-step-sha-256/
Secure Hash Standard (SHS) - FIPS 180-4（官方文档）：https://csrc.nist.gov/publications/detail/fips/180/4/final
ASCII Table：https://www.asciitable.com/

本文內容較多，主要分為下面這幾個部分，讀者閱讀時可以先跳過準備二：助手方法直接進入步驟部分，在閱讀步驟部分需要用到指定方法時再回過頭來查閱準備二：助手方法中的函數。

  • 準備一：程式碼主體

  • 準備二：助手方法（閱讀時可先跳過）

  • #步驟一：字串轉二進位

  • 步驟二：追蹤數字1

  • 步驟三：填入至512 的倍數

  • 步驟四：追加原始長度資訊

  • 步驟五：切分區塊並填入2048 位元

  • 步驟六：區塊資料修改

  • 步驟七：壓縮

#準備一：程式碼主體

#我們建立一個類別Algorithm 來存放我們計算哈希所需用到的方法和屬性。這個類別中只有一個 public 的方法 sha256()，此方法傳入一個字串參數，輸出此字串的 sha-256 雜湊。要完成我們的雜湊計算，總共需要經過七個步驟，我們先把這七個步驟的呼叫寫到 sha256() 的函數體中。 

<?php 
declare(strict_types=1);
class Algorithm
{
    public function sha256(string $str): string
    {
        // 步骤一：将字符串转化为二进制
        $this->step1_convert_str_to_bits($str);
        // 步骤二：在最后面追加一个1
        $this->step2_append_1();
        // 步骤三：在数据末尾添加0，确保二进制的个数是512的倍数，最后预留64位用于存储原始长度信息
        $this->step3_extend_to_multiple_of_512();
        // 步骤四：把原始字符串位长度，填充到预留在最后的64位（8个字节的长整型）中
        $this->step4_append_origin_length();
        // 步骤五：每一个512位切分区块，在区块末尾填充0，使得每个区块位数为2048位，需要增加48行（32位一行）
        $this->step5_split_blocks_and_append_48_lines();
        // 步骤六：针对每一个2048位区块处理：以32位为一行，总共有64行，修改【16-63】行的数据
        $this->step6_modify_blocks_appended_48_lines();
        // 步骤七：压缩数据，生成最终的哈希值
        return $this->step7_compress_to_final_hash();
    }
}

除了 sha256() 這個函數外， 我們要需要幾個成員屬性來保存計算過程中產生的資料。

$originLen 屬性用來記錄字串被轉換為二進位之後的原始長度，這個長度值後續會追加到資料中去。 

/** @var int 原始数据的二进制长度  */
private int $originLen = 0;

$bits 屬性用於儲存字串轉換後所得到的二進位資料。 

/** @var array 存储二进制数组 */
private array $bits;

$blocks 存放分塊後的二進位資料。 

/** @var array 二进制区块 */
private array $blocks;

H 哈希計所需的常數，hash-256 的8 個哈希常數為質數2、3、5、7、11、13、17、19 各自平方根取二進位小數部分前32位所得。 

/** @var array 质数平方根常量 */
private const H = [
    0x6a09e667, // 质数2的平方根取二进制小数部分前32位
    0xbb67ae85, // 质数3的平方根取二进制小数部分前32位
    0x3c6ef372, // 质数5的平方根取二进制小数部分前32位
    0xa54ff53a, // 质数7的平方根取二进制小数部分前32位
    0x510e527f, // 质数11的平方根取二进制小数部分前32位
    0x9b05688c, // 质数13的平方根取二进制小数部分前32位
    0x1f83d9ab, // 质数17的平方根取二进制小数部分前32位
    0x5be0cd19, // 质数19的平方根取二进制小数部分前32位
];

對於上面這幾個常數，有興趣的同學也可以自己計算得到，我這裡只提供一個簡單的計算範例，以質數2 為例，我們先透過計算器得到它的平方根： 1.4142135623730950488016887242097 然後只取小數部分：0.4142135623730950488016887242097，接著將這個十進制的小數轉為二進制，轉數為前數列101010 00001001 11100110 01100111，轉為十六進位表示：0x6a09e667，其他幾個質數的計算也是類似。當然由於是常量，數值是固定不變的，所以我們只要知道其計算原理即可。

和上面的平方根常數類似，hash-256 的另外 64 個常數是質數 2、3、5、…、311 各自立方根取二進位小數部分前 32 位。 

小数转二进制
                            0.
0.4142135623730950488016887242097 x 2 => 0
0.8284271247461900976033774484194 x 2 => 1
0.6568542494923801952067548968388 x 2 => 1
0.3137084989847603904135097936776 x 2 => 0
0.6274169979695207808270195873552 x 2 => 1
0.2548339959390415616540391747104 x 2 => 0
0.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ x 2 => 1
0.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ x 2 => 0
0.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ x 2 => 0
0.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ x 2 => 0
0.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ x 2 => 0
0.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ x 2 => 0
0.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ x 2 => 1
0.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ x 2 => 0
0.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ x 2 => 0
0.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ x 2 => 1
0.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ x 2 => 1
0.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ x 2 => 1
0.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ x 2 => 1
0.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ x 2 => 0
0.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ x 2 => 0
. . .

準備二：助手函數

你可以直接跳過此部分內容，從下面的步驟一開始著手去計算雜湊值，當需要使用到某一個助手函數的時候再來這裡查找即可。

在計算雜湊的過程中，我們是把二進位資料儲存到陣列中的，陣列中的每一個元素對應了二進位的一個位元位，所以如果要對這些二進位陣列進行與非異或相加等操作，我們就需要實作自己的操作函數。

十進位整數轉換為二進位陣列。 

/** @var array 质数立方根常量 */
private const K = [
    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,
];

二進位陣列向右移動指定位數。 

/**
 * 十进制整数转化为二进制数组
 * @param int $num 十进制整数
 * @param int $fillTo 填充到多少位，不够的用0来补齐
 */
public function int2bits(int $num, int $fillTo = 0): array
{
    $bits = str_split(decbin($num));
    array_walk($bits, function (&$val) {
        $val = intval($val);
    });
    for ($len = count($bits); $len < $fillTo; $len++) {
        array_unshift($bits, 0);
    }
    return $bits;
}

二進位陣列向右旋轉，與右移類似，不過移出去的數要插回頭部。 

/**
 * 二进制数组向右移动
 * @param array $bits 二进制数组
 */
public function rightShift(array $bits, int $move): array
{
    $len = count($bits);
    $move = $move % $len;
    if ($move <= 0) return $bits;
    return array_merge(array_fill(0, $move, 0), array_slice($bits, 0, $len-$move));
}

二進位數組求 非。 

/**
 * 二进制数组向右旋转
 * @param array $bits 二进制数组
 */
public function rightRotate(array $bits, int $move): array
{
    $len = count($bits);
    $move = $move % $len;
    if ($move <= 0) return $bits;
    return array_merge(array_slice($bits, $len-$move, $move), array_slice($bits, 0, $len-$move));
}

多個二進位數組相 與。 

/**
 * 二进制数组求非
 * @param array $bits 二进制数组
 */
public function not(array $bits): array
{
    for ($i = count($bits)-1; $i >= 0; $i--) {
        $bits[$i] = ($bits[$i] == 0) ? 1 : 0;
    }
    return $bits;
}

多個二進位陣列求 異或。 

/**
 * 二进制数组求与
 * @param array $args 二进制数组
 */
public function and(array ...$args): array
{
    $argc = count($args);
    if ($argc == 0) return [];
    for ($i = 1; $i < $argc; $i++) {
        $j = count($args[0]) - 1;
        $k = count($args[$i]) - 1;
        while ($j >= 0 || $k >= 0) {
            $j < 0 and array_unshift($args[0], 0) and $j = 0; // 如果是$args[0]不够长就头插补齐
            ($args[$i][$k] ?? 0) == 0 and $args[0][$j] = 0;
            $j--;
            $k--;
        }
    }
    return $args[0];
}

多個二進位陣列 相加。 

/**
 * 二进制数组求异或
 * @param array $args 二进制数组
 */
public function xor(array ...$args): array
{
    $argc = count($args);
    if ($argc == 0) return [];
    for ($i = 1; $i < $argc; $i++) {
        $j = count($args[0]) - 1;
        $k = count($args[$i]) - 1;
        while ($j >= 0 || $k >= 0) {
            $j < 0 and array_unshift($args[0], 0) and $j = 0; // 如果是$args[0]不够长就头插补齐
            $args[0][$j] = intval($args[0][$j] != ($args[$i][$k] ?? 0));
            $j--;
            $k--;
        }
    }
    return $args[0];
}

列印二進位數組，用於偵錯用途，每8 位元會補一個空格，每32 位元補兩個空格，每64 位元換一行，每512 位元空一行，讓列印的資料更容易查看。 

/**
 * 二进制数组相加
 * @param array $args 二进制数组
 */
public function add(array ...$args): array
{
    $argc = count($args);
    if ($argc == 0) return [];
    for ($i = 1; $i < $argc; $i++) {
        $carry = 0;
        $j = count($args[0]) - 1;
        $k = count($args[$i]) - 1;
        while ($j >= 0 || $k >= 0) {
            $j < 0 and array_unshift($args[0], 0) and $j = 0; // 如果是$args[0]不够长就头插补齐
            $carry += $args[0][$j] + ($args[$i][$k] ?? 0);
            switch ($carry) {
                case 1: $carry = 0; $args[0][$j] = 1; break;
                case 2: $carry = 1; $args[0][$j] = 0; break;
                case 3: $carry = 1; $args[0][$j] = 1; break;
            }
            $j--;
            $k--;
        }
        $carry == 1 and array_unshift($args[0], $carry); // 计算完后还有进位则加长存放
    }
    return array_slice($args[0], -32); // 计算结果只保留32位
}

二進位數組轉換為十六進制，用於最後一步將二進位轉換為雜湊值字串。 

/**
 * 打印二进制数组
 * @param array $bits 二进制数组
 */
public function printBits(array $bits): void
{
    $len = 0;
    foreach ($bits as $bit) {
        if ($len > 0) {
            if ($len % 512 == 0) echo PHP_EOL;
            if ($len % 64 == 0) {
                echo PHP_EOL;   
            } else {
                if ($len % 32 == 0) echo &#39; &#39;;
                if ($len % 8 == 0) echo &#39; &#39;;
            }
        }
        echo $bit;
        $len++;
    }
    echo PHP_EOL;
}

步驟一：字串轉二進位

這裡我們使用 "hello world" 字串來示範整個雜湊計算過程。我們可以先用PHP 內建的雜湊函數將結果算出來， "hello world" 的雜湊值是"b94d27b9934d3e08a52e52d7da7dabfac484efe37a5380ee9088f7ace2efcde9"，到最後我們計算出來的雜湊則如果我們計算的。

首先我們把 "hello world" 拆成一個個的字符，每個字符都有對應一個 ASCII 碼值，這些 ASCII 碼值都是 0-256 的整數。使用 PHP 的 ord() 函數可以把這些字元轉為整數，再將這些整數轉為對應的二進位並儲存到屬性 $bits 中。並將此時 $bits 的長度值儲存到 $originLen 屬性裡。

"hello world" 轉為二進位後的資料是：

/**
 * 二进制数组转化为十六进制
 * @param array $bits 二进制数组
 */
public function bits2hex(array $bits): string
{
    $str = &#39;&#39;;
    for ($i = count($bits)-1; $i >= 0; $i -= 4) {
        $dec = $bits[$i] + ($bits[$i-1] ?? 0)*2 + ($bits[$i-2] ?? 0)*4 + ($bits[$i-3] ?? 0)*8;
        switch ($dec) {
            case 0:  $str = &#39;0&#39; . $str; break;
            case 1:  $str = &#39;1&#39; . $str; break;
            case 2:  $str = &#39;2&#39; . $str; break;
            case 3:  $str = &#39;3&#39; . $str; break;
            case 4:  $str = &#39;4&#39; . $str; break;
            case 5:  $str = &#39;5&#39; . $str; break;
            case 6:  $str = &#39;6&#39; . $str; break;
            case 7:  $str = &#39;7&#39; . $str; break;
            case 8:  $str = &#39;8&#39; . $str; break;
            case 9:  $str = &#39;9&#39; . $str; break;
            case 10: $str = &#39;a&#39; . $str; break;
            case 11: $str = &#39;b&#39; . $str; break;
            case 12: $str = &#39;c&#39; . $str; break;
            case 13: $str = &#39;d&#39; . $str; break;
            case 14: $str = &#39;e&#39; . $str; break;
            case 15: $str = &#39;f&#39; . $str; break;
        }
    }
    return $str;
}
“hello world”
01101000 01100101 01101100 01101100  01101111 00100000 01110111 01101111
01110010 01101100 01100100

步驟二：追加數字1

接著在二進位陣列的最後添加一個1。 

/**
 * 步骤一：将字符串转化为二进制
 * @param string $str 原始字符串
 */
public function step1_convert_str_to_bits(string $str): void
{
    $this->bits = [];
    $chars = str_split($str);
    foreach ($chars as $char) {
        $this->bits = array_merge($this->bits, $this->int2bits(ord($char), 8));
    }
    $this->originLen = count($this->bits);
}
$bits
01101000 01100101 01101100 01101100  01101111 00100000 01110111 01101111
01110010 01101100 01100100 1

步驟三：填滿至 512 的倍數

#

在二进制数组的末尾添加 0 以使得整个二进制数组的个数刚好是 512 的倍数。需要注意的是，二进制数组的最末尾要预留 64 位用于存放原始二进制的长度。也就是一开始将字符串转换成二进制时的长度，我们在 步骤一 中将这个长度值保存到了 $originLen 属性里。

$bits
01101000 01100101 01101100 01101100  01101111 00100000 01110111 01101111
01110010 01101100 01100100 10000000  00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000  00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000  00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000  00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000  00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000  00000000 00000000 00000000 00000000
[    预留 64 位用于存储原始字符串的长度    ]
/**
 * 步骤三：在数据末尾添加0，确保二进制的个数是512的倍数，最后预留64位用于存储原始长度信息
 */
public function step3_extend_to_multiple_of_512(): void
{
    $rem = (count($this->bits) + 64) % 512;
    if ($rem > 0) {
        while ($rem < 512) {
            $this->bits[] = 0;
            $rem++;
        }
    }
}

步骤四：追加原始长度信息

把之前记录的原始数据长度 $originLen 转换为 64 位的二进制追加到 $bits 末尾。

$bits
01101000 01100101 01101100 01101100  01101111 00100000 01110111 01101111
01110010 01101100 01100100 10000000  00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000  00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000  00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000  00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000  00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000  00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000  00000000 00000000 00000000 01011000
/**
 * 步骤四：把原始字符串位长度，填充到预留在最后的64位（8个字节的长整型）中
 */
public function step4_append_origin_length(): void
{
    $this->bits = array_merge($this->bits, $this->int2bits($this->originLen, 64));
}

步骤五：切分区块并填充至 2048 位

经过 步骤四 之后，$bits 二进制数组的个数已经是 512 的倍数，现在以每 512 位分为一个区块，然后在每个区块末尾填充 0，让每个区块的大小变成 2048 位。每个区块的 2048 位数据以 32 位作为一行，那么就有 64 行。由于 "hello world" 数据比较短，我们就只有一个区块。

- $blocks[0] $blocks[0] -
0
2
4
6
8
10
12
14

16
18
20
22
24
26
28
30

32
34
36
38
40
42
44
46

48
50
52
54
56
58
60
62		 01101000 01100101 01101100 01101100
01110010 01101100 01100100 10000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000

00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000

00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000

00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000		 01101111 00100000 01110111 01101111
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 01011000

00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000

00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000

00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000		 1
3
5
7
9
11
13
15

17
19
21
23
25
27
29
31

33
35
37
39
41
43
45
47

49
51
53
55
57
59
61
63		 
/**
 * 步骤五：每一个512位切分区块，在区块末尾填充0，使得每个区块位数为2048位，经计算
 * 每个区块还需要添加48x32个0
 */
public function step5_split_blocks_and_append_48_lines(): void
{
    $this->blocks = [];
    $append = $this->int2bits(0, 48 * 32);
    $len = count($this->bits);
    for ($i = 0; $i < $len; $i += 512) {
        $this->blocks[] = array_merge(array_slice($this->bits, $i, 512), $append);
    }
}

步骤六：区块数据修改

上一步中我们给每一个区块末尾添加了很多 0，在这一步中，通过一些位操作将这些数据进一步调整。按 32 位为一行，我们需要修改新增加的 16-63 行的数据。修改的逻辑如下：

算法逻辑

For i from w[16…63]:
    s0 = (w[i-15] rightrotate 7) xor (w[i-15] rightrotate 18) xor (w[i-15] rightshift 3)
    s1 = (w[i-2] rightrotate 17) xor (w[i- 2] rightrotate 19) xor (w[i- 2] rightshift 10)
    w[i] = w[i-16] + s0 + w[i-7] + s1

其中 w 是每个区块的行数组，w[i] 就是第 i 行。

rightshift 是右移，rightrotate 是旋转右移， xor 是异或。

这里以第 16 行的处理为例：

算法详解

i = 16
(w[1] rightrotate 7) = 01101111001000000111011101101111 -> 11011110110111100100000011101110
(w[1] rightrotate 18) = 01101111001000000111011101101111 -> 00011101110110111101101111001000
(w[1] rightshift 3) = 01101111001000000111011101101111 -> 00001101111001000000111011101101
s0 = (w[1] rightrotate 7) xor (w[1] rightrotate 18) xor (w[1] rightshift 3)
 = 11001110111000011001010111001011
(w[14] rightrotate 17) = 00000000000000000000000000000000 -> 00000000000000000000000000000000
(w[14] rightrotate 19) = 00000000000000000000000000000000 -> 00000000000000000000000000000000
(w[14] rightshift 10) = 00000000000000000000000000000000 -> 00000000000000000000000000000000
s1 = (w[14] rightrotate 17) xor (w[14] rightrotate 19) xor (w[14] rightshift 10)
= 00000000000000000000000000000000
w[i] = w[0] + s0 + w[9] + s1
= 00110111010001110000001000110111（相加得到的值如果超过 32 位，则抹去高位）
/**
 * 步骤六：针对每一个2048位区块处理：以32位为一行，总共有64行，修改【16-63】行的数据，
 * 这【16-63】行就是上一步新增的48x32个0
 */
public function step6_modify_blocks_appended_48_lines(): void
{
    foreach ($this->blocks as &$block) {
        for ($i = 16; $i < 64; $i++) {
            $w0 = array_slice($block, ($i-16)*32, 32);
            $w1 = array_slice($block, ($i-15)*32, 32);
            $w9 = array_slice($block, ($i-7)*32, 32);
            $w14 = array_slice($block, ($i-2)*32, 32);
            $s0 = $this->xor(                
                $this->rightRotate($w1, 7),
                $this->rightRotate($w1, 18),
                $this->rightShift($w1, 3)
            );
            $s1 = $this->xor(
                $this->rightRotate($w14, 17),
                $this->rightRotate($w14, 19),
                $this->rightShift($w14, 10)
            );
            $wi = $this->add($w0, $s0, $w9, $s1);
            // 如果$wi的长度超过了32位，则只取32位，舍弃高位
            $k = count($wi) - 1;
            for ($j = $i * 32 + 31; $j >= $i * 32; $j--) {
                $block[$j] = $wi[$k] ?? 0;
                $k--;
            }
        }
    }
}

步骤七：压缩

新建变量 $a、$b、$c、$d、$e、$f、$g、$h 值依次分别等于哈希常量 H[0-7]，接着循环每一个区块的每一行，通过 与 非 异或 等操作将信息压缩到 $a、$b、$c、$d、$e、$f、$g、$h 中，最后将 $a、$b、$c、$d、$e、$f、$g、$h 的值与原始常量 H[0-7] 相加，拼接相加后的二进制结果 h0~h7 并转化为十六进制字符串得到最终的哈希值。

具体的压缩算法如下：

算法逻辑

For i from 0 to 63
    s1 = (e rightrotate 6) xor (e rightrotate 11) xor (e rightrotate 25)
    ch = (e and f) xor ((not e) and g)
    temp1 = h + s1 + ch + k[i] + w[i]
    s0 = (a rightrotate 2) xor (a rightrotate 13) xor (a rightrotate 22)
    maj = (a and b) xor (a and c) xor (b and c)
    temp2 := s0 + maj
    h = g
    g = f
    f = e
    e = d + temp1
    d = c
    c = b
    b = a
    a = temp1 + temp2

这里以第 0 行的处理为例，列出了变量计算结果方便大家对照调试：

计算结果

i = 0
s1 = 00110101100001110010011100101011
ch = 00011111100001011100100110001100
temp1 = 01011011110111010101100111010100
s0 = 11001110001000001011010001111110
maj = 00111010011011111110011001100111
temp2 = 00001000100100001001101011100101
h = 00011111100000111101100110101011
g = 10011011000001010110100010001100
f = 01010001000011100101001001111111
e = 00000001001011010100111100001110
d = 00111100011011101111001101110010
c = 10111011011001111010111010000101
b = 01101010000010011110011001100111
a = 01100100011011011111010010111001
/**
 * 步骤七：压缩数据
 */
public function step7_compress_to_final_hash(): string
{
    $a = $h0 = $this->int2bits(static::H[0], 32);
    $b = $h1 = $this->int2bits(static::H[1], 32);
    $c = $h2 = $this->int2bits(static::H[2], 32);
    $d = $h3 = $this->int2bits(static::H[3], 32);
    $e = $h4 = $this->int2bits(static::H[4], 32);
    $f = $h5 = $this->int2bits(static::H[5], 32);
    $g = $h6 = $this->int2bits(static::H[6], 32);
    $h = $h7 = $this->int2bits(static::H[7], 32);
    foreach ($this->blocks as $block) {
        for ($i = 0; $i < 64; $i++) {
            $s1 = $this->xor(
                $this->rightRotate($e, 6),
                $this->rightRotate($e, 11),
                $this->rightRotate($e, 25)
            );
            $ch = $this->xor(
                $this->and($e, $f),
                $this->and($this->not($e), $g)
            );
            $ki = $this->int2bits(static::K[$i], 32);
            $wi = array_slice($block, $i*32, 32);
            $temp1 = $this->add($h, $s1, $ch, $ki, $wi);
            $s0 = $this->xor(
                $this->rightRotate($a, 2),
                $this->rightRotate($a, 13),
                $this->rightRotate($a, 22),
            );
            $maj = $this->xor(
                $this->and($a, $b),
                $this->and($a, $c),
                $this->and($b, $c)
            );
            $temp2 = $this->add($s0, $maj);
            $h = $g;
            $g = $f;
            $f = $e;
            $e = $this->add($d, $temp1);
            $d = $c;
            $c = $b;
            $b = $a;
            $a = $this->add($temp1, $temp2);
        }
    }
    $h0 = $this->add($h0, $a);
    $h1 = $this->add($h1, $b);
    $h2 = $this->add($h2, $c);
    $h3 = $this->add($h3, $d);
    $h4 = $this->add($h4, $e);
    $h5 = $this->add($h5, $f);
    $h6 = $this->add($h6, $g);
    $h7 = $this->add($h7, $h);
    return $this->bits2hex(array_merge($h0, $h1, $h2, $h3, $h4, $h5, $h6, $h7));
}

至此整个哈希 sha-256 计算流程就完成了， 计算得到的哈希值也与 PHP 自带的 hash() 函数计算结果一致。

以上是用PHP實作自己的sha-256哈希演算法！的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！

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