ブロックチェーンとかビットコインのことを調べてて、SHA-256の仕様が気になったのでrubyで自前実装しました。
誰かの学習の糧になれば幸いです。
ポイントは、パディング処理とローテーション？処理と思います。
github
参考url
sha256.rb
#!/usr/bin/env ruby
class Sha256
# 定数K
INT_K = ['428a2f98', '71374491', 'b5c0fbcf', 'e9b5dba5', '3956c25b', '59f111f1', '923f82a4', 'ab1c5ed5',
'd807aa98', '12835b01', '243185be', '550c7dc3', '72be5d74', '80deb1fe', '9bdc06a7', 'c19bf174',
'e49b69c1', 'efbe4786', '0fc19dc6', '240ca1cc', '2de92c6f', '4a7484aa', '5cb0a9dc', '76f988da',
'983e5152', 'a831c66d', 'b00327c8', 'bf597fc7', 'c6e00bf3', 'd5a79147', '06ca6351', '14292967',
'27b70a85', '2e1b2138', '4d2c6dfc', '53380d13', '650a7354', '766a0abb', '81c2c92e', '92722c85',
'a2bfe8a1', 'a81a664b', 'c24b8b70', 'c76c51a3', 'd192e819', 'd6990624', 'f40e3585', '106aa070',
'19a4c116', '1e376c08', '2748774c', '34b0bcb5', '391c0cb3', '4ed8aa4a', '5b9cca4f', '682e6ff3',
'748f82ee', '78a5636f', '84c87814', '8cc70208', '90befffa', 'a4506ceb', 'bef9a3f7', 'c67178f2']
# ハッシュの初期値
# サイズ: 32bit(4Byte) x 8 = 256bit
INITIAL_HATH = ['6a09e667', 'bb67ae85', '3c6ef372', 'a54ff53a',
'510e527f', '9b05688c', '1f83d9ab', '5be0cd19']
# １ワードあたりのビット数
W = 32
# Helper
# 右ビットシフト(SHift Right)
def SHR(v, n)
v >> n
end
# 左ビットシフト(SHift Left)
def SHL(v, n)
v << n
end
# 右ビット回転(ROTate Right)
def ROTR(v, n)
("%0#{W}b" % v).split("").rotate(-n).join.to_i(2)
end
# 左ビット回転(ROTate Left)
def ROTL(v, n)
("%0#{W}b" % v).split("").rotate(n).join.to_i(2)
end
# 引数をすべて加算し、32bit以上の桁については破棄する
def ShaAdd(*v)
v.inject(:+) & 0xFFFFFFFF
end
def Int32Str(v)
("%08x" % v)[-8,8]
end
# 文字列を指定文字数ずつ配列にする
def S2Ar(s, n)
s.scan(/.{1,#{n}}/)
end
def ArrayEach64byte(bytes)
i = 0
resAr = []
ar = []
bytes.each{|byte|
i += 1
ar.push(byte)
if i % 64 == 0
resAr.push(ar)
ar = []
end
}
resAr
end
# ハッシュ計算用関数
# Ch
def Ch(x, y, z)
(x & y) ^ (~x & z)
end
# Maj
def Maj(x, y, z)
(x & y) ^ (x & z) ^ (y & z)
end
# シグマA0(Σ0)
def SigmaA0(x)
ROTR(x, 2) ^ ROTR(x, 13) ^ ROTR(x, 22)
end
# シグマA1(Σ1)
def SigmaA1(x)
ROTR(x, 6) ^ ROTR(x, 11) ^ ROTR(x, 25)
end
# シグマB0(σ0)
def SigmaB0(x)
ROTR(x, 7) ^ ROTR(x, 18) ^ SHR(x, 3)
end
# シグマB1(σ1)
def SigmaB1(x)
ROTR(x, 17) ^ ROTR(x, 19) ^ SHR(x, 10)
end
# 与えられたブロックのローテーション処理を行う
def Computation(hash, block)
intW = Array.new(64) # blockから生成される64Byteの配列
# 現在のハッシュを複製
intA = hash[0].to_i(16)
intB = hash[1].to_i(16)
intC = hash[2].to_i(16)
intD = hash[3].to_i(16)
intE = hash[4].to_i(16)
intF = hash[5].to_i(16)
intG = hash[6].to_i(16)
intH = hash[7].to_i(16)
# ローテーション処理
# 定数KやintW(Blockの配列)、現在のハッシュ値などを用いて64回、
# ハッシュ値をローテーションさせる
# intWの配列は回転させながら作る
0.upto(63){|i|
if i < 16
# 0-15は、Blockの配列を4byteずつ代入していく
ar = []
ar.push(block[4 * i])
ar.push(block[1 + 4 * i])
ar.push(block[2 + 4 * i])
ar.push(block[3 + 4 * i])
intW[i] = ar.join.to_i(16)
else
# 16-63は、すでに代入された値から生成する
intW[i] = ShaAdd(SigmaB1(intW[i - 2]), intW[i - 7],
SigmaB0(intW[i - 15]), intW[i - 16])
end
# ローテーション時に変化を与える値を算出
t1 = ShaAdd(intH, SigmaA1(intE), Ch(intE, intF, intG), INT_K[i].to_i(16), intW[i])
t2 = ShaAdd(SigmaA0(intA), Maj(intA, intB, intC))
# ハッシュ値ローテーション
# (intEとintAで変化を与える。ここで失われるintHはt1の計算に使われている)
intH = intG
intG = intF
intF = intE
intE = ShaAdd(intD, t1)
intD = intC
intC = intB
intB = intA
intA = ShaAdd(t1, t2)
}
# 算出されたハッシュを現在のハッシュに加算
resHash = Array.new(8)
resHash[0] = Int32Str(ShaAdd(hash[0].to_i(16), intA))
resHash[1] = Int32Str(ShaAdd(hash[1].to_i(16), intB))
resHash[2] = Int32Str(ShaAdd(hash[2].to_i(16), intC))
resHash[3] = Int32Str(ShaAdd(hash[3].to_i(16), intD))
resHash[4] = Int32Str(ShaAdd(hash[4].to_i(16), intE))
resHash[5] = Int32Str(ShaAdd(hash[5].to_i(16), intF))
resHash[6] = Int32Str(ShaAdd(hash[6].to_i(16), intG))
resHash[7] = Int32Str(ShaAdd(hash[7].to_i(16), intH))
resHash
end
def Padding(bytes)
bytes = S2Ar(bytes, 2)
# 元のデータのバイト数
orgByteLength = bytes.length
# 元のデータのビット数
orgBitLength = orgByteLength * 8
# 元のデータのビット数の16進数文字列
orgBitLengthString = orgBitLength.to_s(16)
# 数値を16進数文字列にする際、文字列の長さを調整する為0埋め
if orgBitLengthString.length.odd?
orgBitLengthString = '0' + orgBitLengthString
end
# 元のデータのビット数の16進数文字列自体のバイト数
orgBitLengthStringByteLength = S2Ar(orgBitLengthString, 2).length
## 元のデータ末尾にbitを立てる
bytes.push('80')
# 最後のブロックが56バイトを超える場合は、ブロックの総数を１つ増やす
if bytes.length % 64 > 56
blockCount = bytes.length / 64 + 2
else
blockCount = bytes.length / 64 + 1
end
# 00埋めする個数
padLength = blockCount * 64 - bytes.length - orgBitLengthStringByteLength
padLength.times{
bytes.push('00')
}
S2Ar(bytes.join + orgBitLengthString, 2)
end
# SHA-256アルゴリズムによりメッセージダイジェスト(64byte)を取得します。
def Hash(bytes)
# パディング
# ブロック長(64byte)の倍数になるようにデータ長を調整
bytes = Padding(bytes)
# ブロックに分けてハッシュ値を計算
# 64byteごとに分けてループ
intHash = INITIAL_HATH
bytesEach64 = ArrayEach64byte(bytes)
bytesEach64.each{|bytes|
intHash = Computation(intHash, bytes)
}
intHash.join
end
end
sha256 = Sha256.new
v = ARGV[0]
puts sha256.Hash(v.unpack('H*').first)