fix
杨锴
2024-08-23 adc2db9bb29e7f316c46b6de679db1522ffc9cc8
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
//
//  CryptoSwift
//
//  Copyright (C) 2014-2022 Marcin Krzyżanowski <marcin@krzyzanowskim.com>
//  This software is provided 'as-is', without any express or implied warranty.
//
//  In no event will the authors be held liable for any damages arising from the use of this software.
//
//  Permission is granted to anyone to use this software for any purpose,including commercial applications, and to alter it and redistribute it freely, subject to the following restrictions:
//
//  - The origin of this software must not be misrepresented; you must not claim that you wrote the original software. If you use this software in a product, an acknowledgment in the product documentation is required.
//  - Altered source versions must be plainly marked as such, and must not be misrepresented as being the original software.
//  - This notice may not be removed or altered from any source or binary distribution.
//
 
//  TODO: generic for process32/64 (UInt32/UInt64)
//
 
public final class SHA2: DigestType {
  @usableFromInline
  let variant: Variant
 
  @usableFromInline
  let size: Int
 
  @usableFromInline
  let blockSize: Int
 
  @usableFromInline
  let digestLength: Int
 
  private let k: Array<UInt64>
 
  @usableFromInline
  var accumulated = Array<UInt8>()
 
  @usableFromInline
  var processedBytesTotalCount: Int = 0
 
  @usableFromInline
  var accumulatedHash32 = Array<UInt32>()
 
  @usableFromInline
  var accumulatedHash64 = Array<UInt64>()
 
  @frozen
  public enum Variant: RawRepresentable {
    case sha224, sha256, sha384, sha512
 
    public var digestLength: Int {
      self.rawValue / 8
    }
 
    public var blockSize: Int {
      switch self {
        case .sha224, .sha256:
          return 64
        case .sha384, .sha512:
          return 128
      }
    }
 
    public typealias RawValue = Int
    public var rawValue: RawValue {
      switch self {
        case .sha224:
          return 224
        case .sha256:
          return 256
        case .sha384:
          return 384
        case .sha512:
          return 512
      }
    }
 
    public init?(rawValue: RawValue) {
      switch rawValue {
        case 224:
          self = .sha224
        case 256:
          self = .sha256
        case 384:
          self = .sha384
        case 512:
          self = .sha512
        default:
          return nil
      }
    }
 
    @usableFromInline
    var h: Array<UInt64> {
      switch self {
        case .sha224:
          return [0xc1059ed8, 0x367cd507, 0x3070dd17, 0xf70e5939, 0xffc00b31, 0x68581511, 0x64f98fa7, 0xbefa4fa4]
        case .sha256:
          return [0x6a09e667, 0xbb67ae85, 0x3c6ef372, 0xa54ff53a, 0x510e527f, 0x9b05688c, 0x1f83d9ab, 0x5be0cd19]
        case .sha384:
          return [0xcbbb9d5dc1059ed8, 0x629a292a367cd507, 0x9159015a3070dd17, 0x152fecd8f70e5939, 0x67332667ffc00b31, 0x8eb44a8768581511, 0xdb0c2e0d64f98fa7, 0x47b5481dbefa4fa4]
        case .sha512:
          return [0x6a09e667f3bcc908, 0xbb67ae8584caa73b, 0x3c6ef372fe94f82b, 0xa54ff53a5f1d36f1, 0x510e527fade682d1, 0x9b05688c2b3e6c1f, 0x1f83d9abfb41bd6b, 0x5be0cd19137e2179]
      }
    }
 
    @usableFromInline
    var finalLength: Int {
      switch self {
        case .sha224:
          return 7
        case .sha384:
          return 6
        default:
          return Int.max
      }
    }
  }
 
  public init(variant: SHA2.Variant) {
    self.variant = variant
    switch self.variant {
      case .sha224, .sha256:
        self.accumulatedHash32 = variant.h.map { UInt32($0) } // FIXME: UInt64 for process64
        self.blockSize = variant.blockSize
        self.size = variant.rawValue
        self.digestLength = variant.digestLength
        self.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
        ]
      case .sha384, .sha512:
        self.accumulatedHash64 = variant.h
        self.blockSize = variant.blockSize
        self.size = variant.rawValue
        self.digestLength = variant.digestLength
        self.k = [
          0x428a2f98d728ae22, 0x7137449123ef65cd, 0xb5c0fbcfec4d3b2f, 0xe9b5dba58189dbbc, 0x3956c25bf348b538,
          0x59f111f1b605d019, 0x923f82a4af194f9b, 0xab1c5ed5da6d8118, 0xd807aa98a3030242, 0x12835b0145706fbe,
          0x243185be4ee4b28c, 0x550c7dc3d5ffb4e2, 0x72be5d74f27b896f, 0x80deb1fe3b1696b1, 0x9bdc06a725c71235,
          0xc19bf174cf692694, 0xe49b69c19ef14ad2, 0xefbe4786384f25e3, 0x0fc19dc68b8cd5b5, 0x240ca1cc77ac9c65,
          0x2de92c6f592b0275, 0x4a7484aa6ea6e483, 0x5cb0a9dcbd41fbd4, 0x76f988da831153b5, 0x983e5152ee66dfab,
          0xa831c66d2db43210, 0xb00327c898fb213f, 0xbf597fc7beef0ee4, 0xc6e00bf33da88fc2, 0xd5a79147930aa725,
          0x06ca6351e003826f, 0x142929670a0e6e70, 0x27b70a8546d22ffc, 0x2e1b21385c26c926, 0x4d2c6dfc5ac42aed,
          0x53380d139d95b3df, 0x650a73548baf63de, 0x766a0abb3c77b2a8, 0x81c2c92e47edaee6, 0x92722c851482353b,
          0xa2bfe8a14cf10364, 0xa81a664bbc423001, 0xc24b8b70d0f89791, 0xc76c51a30654be30, 0xd192e819d6ef5218,
          0xd69906245565a910, 0xf40e35855771202a, 0x106aa07032bbd1b8, 0x19a4c116b8d2d0c8, 0x1e376c085141ab53,
          0x2748774cdf8eeb99, 0x34b0bcb5e19b48a8, 0x391c0cb3c5c95a63, 0x4ed8aa4ae3418acb, 0x5b9cca4f7763e373,
          0x682e6ff3d6b2b8a3, 0x748f82ee5defb2fc, 0x78a5636f43172f60, 0x84c87814a1f0ab72, 0x8cc702081a6439ec,
          0x90befffa23631e28, 0xa4506cebde82bde9, 0xbef9a3f7b2c67915, 0xc67178f2e372532b, 0xca273eceea26619c,
          0xd186b8c721c0c207, 0xeada7dd6cde0eb1e, 0xf57d4f7fee6ed178, 0x06f067aa72176fba, 0x0a637dc5a2c898a6,
          0x113f9804bef90dae, 0x1b710b35131c471b, 0x28db77f523047d84, 0x32caab7b40c72493, 0x3c9ebe0a15c9bebc,
          0x431d67c49c100d4c, 0x4cc5d4becb3e42b6, 0x597f299cfc657e2a, 0x5fcb6fab3ad6faec, 0x6c44198c4a475817
        ]
    }
  }
 
  @inlinable
  public func calculate(for bytes: Array<UInt8>) -> Array<UInt8> {
    do {
      return try update(withBytes: bytes.slice, isLast: true)
    } catch {
      return []
    }
  }
 
  public func callAsFunction(_ bytes: Array<UInt8>) -> Array<UInt8> {
    calculate(for: bytes)
  }
 
  @usableFromInline
  func process64(block chunk: ArraySlice<UInt8>, currentHash hh: inout Array<UInt64>) {
    // break chunk into sixteen 64-bit words M[j], 0 ≤ j ≤ 15, big-endian
    // Extend the sixteen 64-bit words into eighty 64-bit words:
    let M = UnsafeMutablePointer<UInt64>.allocate(capacity: self.k.count)
    M.initialize(repeating: 0, count: self.k.count)
    defer {
      M.deinitialize(count: self.k.count)
      M.deallocate()
    }
    for x in 0..<self.k.count {
      switch x {
        case 0...15:
          let start = chunk.startIndex.advanced(by: x * 8) // * MemoryLayout<UInt64>.size
          M[x] = UInt64(bytes: chunk, fromIndex: start)
        default:
          let s0 = rotateRight(M[x - 15], by: 1) ^ rotateRight(M[x - 15], by: 8) ^ (M[x - 15] >> 7)
          let s1 = rotateRight(M[x - 2], by: 19) ^ rotateRight(M[x - 2], by: 61) ^ (M[x - 2] >> 6)
          M[x] = M[x - 16] &+ s0 &+ M[x - 7] &+ s1
      }
    }
 
    var A = hh[0]
    var B = hh[1]
    var C = hh[2]
    var D = hh[3]
    var E = hh[4]
    var F = hh[5]
    var G = hh[6]
    var H = hh[7]
 
    // Main loop
    for j in 0..<self.k.count {
      let s0 = rotateRight(A, by: 28) ^ rotateRight(A, by: 34) ^ rotateRight(A, by: 39)
      let maj = (A & B) ^ (A & C) ^ (B & C)
      let t2 = s0 &+ maj
      let s1 = rotateRight(E, by: 14) ^ rotateRight(E, by: 18) ^ rotateRight(E, by: 41)
      let ch = (E & F) ^ ((~E) & G)
      let t1 = H &+ s1 &+ ch &+ self.k[j] &+ UInt64(M[j])
 
      H = G
      G = F
      F = E
      E = D &+ t1
      D = C
      C = B
      B = A
      A = t1 &+ t2
    }
 
    hh[0] = (hh[0] &+ A)
    hh[1] = (hh[1] &+ B)
    hh[2] = (hh[2] &+ C)
    hh[3] = (hh[3] &+ D)
    hh[4] = (hh[4] &+ E)
    hh[5] = (hh[5] &+ F)
    hh[6] = (hh[6] &+ G)
    hh[7] = (hh[7] &+ H)
  }
 
  // mutating currentHash in place is way faster than returning new result
  @usableFromInline
  func process32(block chunk: ArraySlice<UInt8>, currentHash hh: inout Array<UInt32>) {
    // break chunk into sixteen 32-bit words M[j], 0 ≤ j ≤ 15, big-endian
    // Extend the sixteen 32-bit words into sixty-four 32-bit words:
    let M = UnsafeMutablePointer<UInt32>.allocate(capacity: self.k.count)
    M.initialize(repeating: 0, count: self.k.count)
    defer {
      M.deinitialize(count: self.k.count)
      M.deallocate()
    }
 
    for x in 0..<self.k.count {
      switch x {
        case 0...15:
          let start = chunk.startIndex.advanced(by: x * 4) // * MemoryLayout<UInt32>.size
          M[x] = UInt32(bytes: chunk, fromIndex: start)
        default:
          let s0 = rotateRight(M[x - 15], by: 7) ^ rotateRight(M[x - 15], by: 18) ^ (M[x - 15] >> 3)
          let s1 = rotateRight(M[x - 2], by: 17) ^ rotateRight(M[x - 2], by: 19) ^ (M[x - 2] >> 10)
          M[x] = M[x - 16] &+ s0 &+ M[x - 7] &+ s1
      }
    }
 
    var A = hh[0]
    var B = hh[1]
    var C = hh[2]
    var D = hh[3]
    var E = hh[4]
    var F = hh[5]
    var G = hh[6]
    var H = hh[7]
 
    // Main loop
    for j in 0..<self.k.count {
      let s0 = rotateRight(A, by: 2) ^ rotateRight(A, by: 13) ^ rotateRight(A, by: 22)
      let maj = (A & B) ^ (A & C) ^ (B & C)
      let t2 = s0 &+ maj
      let s1 = rotateRight(E, by: 6) ^ rotateRight(E, by: 11) ^ rotateRight(E, by: 25)
      let ch = (E & F) ^ ((~E) & G)
      let t1 = H &+ s1 &+ ch &+ UInt32(self.k[j]) &+ M[j]
 
      H = G
      G = F
      F = E
      E = D &+ t1
      D = C
      C = B
      B = A
      A = t1 &+ t2
    }
 
    hh[0] = hh[0] &+ A
    hh[1] = hh[1] &+ B
    hh[2] = hh[2] &+ C
    hh[3] = hh[3] &+ D
    hh[4] = hh[4] &+ E
    hh[5] = hh[5] &+ F
    hh[6] = hh[6] &+ G
    hh[7] = hh[7] &+ H
  }
}
 
extension SHA2: Updatable {
 
  @inlinable
  public func update(withBytes bytes: ArraySlice<UInt8>, isLast: Bool = false) throws -> Array<UInt8> {
    self.accumulated += bytes
 
    if isLast {
      let lengthInBits = (processedBytesTotalCount + self.accumulated.count) * 8
      let lengthBytes = lengthInBits.bytes(totalBytes: self.blockSize / 8) // A 64-bit/128-bit representation of b. blockSize fit by accident.
 
      // Step 1. Append padding
      bitPadding(to: &self.accumulated, blockSize: self.blockSize, allowance: self.blockSize / 8)
 
      // Step 2. Append Length a 64-bit representation of lengthInBits
      self.accumulated += lengthBytes
    }
 
    var processedBytes = 0
    for chunk in self.accumulated.batched(by: self.blockSize) {
      if isLast || (self.accumulated.count - processedBytes) >= self.blockSize {
        switch self.variant {
          case .sha224, .sha256:
            self.process32(block: chunk, currentHash: &self.accumulatedHash32)
          case .sha384, .sha512:
            self.process64(block: chunk, currentHash: &self.accumulatedHash64)
          }
        processedBytes += chunk.count
      }
    }
    self.accumulated.removeFirst(processedBytes)
    self.processedBytesTotalCount += processedBytes
 
    // output current hash
    var result = Array<UInt8>(repeating: 0, count: variant.digestLength)
    switch self.variant {
      case .sha224, .sha256:
        var pos = 0
        for idx in 0..<self.accumulatedHash32.count where idx < self.variant.finalLength {
          let h = accumulatedHash32[idx]
          result[pos + 0] = UInt8((h >> 24) & 0xff)
          result[pos + 1] = UInt8((h >> 16) & 0xff)
          result[pos + 2] = UInt8((h >> 8) & 0xff)
          result[pos + 3] = UInt8(h & 0xff)
          pos += 4
        }
      case .sha384, .sha512:
        var pos = 0
        for idx in 0..<self.accumulatedHash64.count where idx < self.variant.finalLength {
          let h = accumulatedHash64[idx]
          result[pos + 0] = UInt8((h >> 56) & 0xff)
          result[pos + 1] = UInt8((h >> 48) & 0xff)
          result[pos + 2] = UInt8((h >> 40) & 0xff)
          result[pos + 3] = UInt8((h >> 32) & 0xff)
          result[pos + 4] = UInt8((h >> 24) & 0xff)
          result[pos + 5] = UInt8((h >> 16) & 0xff)
          result[pos + 6] = UInt8((h >> 8) & 0xff)
          result[pos + 7] = UInt8(h & 0xff)
          pos += 8
        }
    }
 
    // reset hash value for instance
    if isLast {
      switch self.variant {
        case .sha224, .sha256:
          self.accumulatedHash32 = self.variant.h.lazy.map { UInt32($0) } // FIXME: UInt64 for process64
        case .sha384, .sha512:
          self.accumulatedHash64 = self.variant.h
      }
    }
 
    return result
  }
}