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OpenSSL3.5.2实现SM3数据摘要生成

news 2025/10/28 9:44:32

OpenSSL库中使用EVP（Enhanced Verification Package增强验证包）进行SM3相关的摘要生成。

其逻辑为：可分为初始化上下文→配置算法→分块处理数据→生成最终哈希→释放资源五个步骤。

完整代码如下：

#include <QCoreApplication>
#include <iostream>
#include <openssl/opensslv.h>
#include <openssl/crypto.h>
#include <openssl/evp.h>
#include <openssl/err.h>
using namespace std;// 计算 SM3 哈希值
int sm3_hash(const unsigned char *data, size_t data_len, unsigned char *hash, unsigned int *hash_len) {// 创建 EVP 上下文EVP_MD_CTX *ctx = EVP_MD_CTX_new();if (ctx == NULL) {fprintf(stderr, "无法创建 EVP 上下文\n");return 0;}// 初始化 SM3 哈希计算if (EVP_DigestInit_ex(ctx, EVP_sm3(), NULL) != 1) {fprintf(stderr, "SM3 初始化失败\n");ERR_print_errors_fp(stderr);EVP_MD_CTX_free(ctx);return 0;}// 更新哈希计算（可以分多次调用更新不同的数据块）if (EVP_DigestUpdate(ctx, data, data_len) != 1) {fprintf(stderr, "SM3 数据更新失败\n");ERR_print_errors_fp(stderr);EVP_MD_CTX_free(ctx);return 0;}// 完成哈希计算并获取结果if (EVP_DigestFinal_ex(ctx, hash, hash_len) != 1) {fprintf(stderr, "SM3 计算完成失败\n");ERR_print_errors_fp(stderr);EVP_MD_CTX_free(ctx);return 0;}// 释放上下文EVP_MD_CTX_free(ctx);return 1;
}int main(int argc, char *argv[])
{QCoreApplication a(argc, argv);// 待计算哈希的数据const char *input = "Hello, SM3!";unsigned char hash[EVP_MAX_MD_SIZE];unsigned int hash_len;// 初始化 OpenSSL 错误信息ERR_load_crypto_strings();// 计算 SM3 哈希if (sm3_hash((const unsigned char *)input, strlen(input), hash, &hash_len)) {printf("input data: %s\n", input);printf("SM3 hash: ");for (unsigned int i = 0; i < hash_len; i++) {printf("%02x", hash[i]);}printf("\nhash length: %u byte\n", hash_len);}// 清理错误信息ERR_free_strings();return a.exec();
}

这里有一个需要注意的地方：

EVP_DigestUpdate 支持分多次调用，核心原因是为了处理大数据或流式数据：

对于大文件（如几个 GB 的视频）或网络流（如实时接收的数据），无法一次性将所有数据加载到内存中（会导致内存溢出）。

分多次调用时，每次只需传入一部分数据（例如每次 4KB），上下文 ctx 会保存中间状态，最终合并计算结果，与一次性处理的结果完全一致。

这种设计既节省内存，又支持流式处理（边接收数据边计算哈希），是处理大数据场景的必需特性。

那么问题来了

为什么需要分块更新哈希计算？

分块调用 EVP_DigestUpdate 与 “哈希长度是否固定” 无关，核心原因是哈希算法的底层设计原理和实际工程需求：

1. 哈希算法的 “迭代式计算” 本质

SM3（以及几乎所有现代哈希算法，如 SHA256、MD5 等）的计算过程是迭代式的，而非 “一次性计算”。其底层逻辑是：

将输入数据按固定大小（SM3 中是 512 位，即 64 字节）分成若干块（最后一块不足时会进行补位处理）。

从初始状态开始，每处理一块数据，就用该块数据更新内部状态（一个 256 位的中间变量）。

所有块处理完成后，将最终的内部状态转换为 32 字节的哈希值。

例如：

输入 “abc” 时，数据量小于 512 位，补位后形成一个块，一次处理完成。

输入 1GB 文件时，数据会被分成约 200 万个 512 位块，必须分块处理，每块更新一次内部状态，最终合并为同一个 32 字节哈希值。

EVP_DigestUpdate 的作用就是向算法传递这些分块数据，让算法逐步更新内部状态，它是哈希算法迭代特性的直接体现。

2. 工程上的 “内存限制” 需求

即使哈希算法支持一次性处理数据，实际工程中也必须分块：

对于大文件（如 10GB 的视频），无法将全部数据一次性加载到内存（会导致内存溢出）。

分块处理时，只需在内存中保留一个小块缓冲区（如 4KB），每次读取一块数据并传递给 EVP_DigestUpdate，内存占用始终保持在极低水平。

这种方式既符合哈希算法的迭代逻辑，又能高效处理任意大小的输入（从几字节到几十 GB）。

分块计算的例子。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <openssl/evp.h>
#include <openssl/err.h>// 计算文件的 SM3 哈希值（分块处理大文件）
int sm3_file_hash(const char *file_path, unsigned char *hash, unsigned int *hash_len) {// 打开文件（二进制模式，避免文本模式下的换行符转换）FILE *file = fopen(file_path, "rb");if (!file) {fprintf(stderr, "无法打开文件: %s\n", file_path);return 0;}// 创建 EVP 上下文EVP_MD_CTX *ctx = EVP_MD_CTX_new();if (!ctx) {fprintf(stderr, "无法创建 EVP 上下文\n");fclose(file);return 0;}// 初始化 SM3 算法if (EVP_DigestInit_ex(ctx, EVP_sm3(), NULL) != 1) {fprintf(stderr, "SM3 初始化失败\n");ERR_print_errors_fp(stderr);EVP_MD_CTX_free(ctx);fclose(file);return 0;}// 分块读取文件并更新哈希（每次读取 4KB 块）unsigned char buffer[4096];  // 缓冲区大小，可根据需求调整（如 8192、16384 等）size_t bytes_read;while ((bytes_read = fread(buffer, 1, sizeof(buffer), file)) > 0) {// 每次读取一块数据，更新哈希计算if (EVP_DigestUpdate(ctx, buffer, bytes_read) != 1) {fprintf(stderr, "哈希更新失败（文件读取到 %zu 字节时）\n", bytes_read);ERR_print_errors_fp(stderr);EVP_MD_CTX_free(ctx);fclose(file);return 0;}}// 检查文件读取是否出错if (ferror(file)) {fprintf(stderr, "文件读取错误\n");EVP_MD_CTX_free(ctx);fclose(file);return 0;}// 完成哈希计算并获取结果if (EVP_DigestFinal_ex(ctx, hash, hash_len) != 1) {fprintf(stderr, "SM3 计算完成失败\n");ERR_print_errors_fp(stderr);EVP_MD_CTX_free(ctx);fclose(file);return 0;}// 释放资源EVP_MD_CTX_free(ctx);fclose(file);return 1;
}int main(int argc, char *argv[]) {const char *file_path = "D:/Neo4j/neo4j-community-3.5.5-windows.zip";unsigned char hash[EVP_MAX_MD_SIZE];unsigned int hash_len;// 初始化 OpenSSL 错误信息ERR_load_crypto_strings();// 计算文件的 SM3 哈希if (sm3_file_hash(file_path, hash, &hash_len)) {printf("文件: %s\n", file_path);printf("SM3 哈希值: ");for (unsigned int i = 0; i < hash_len; i++) {printf("%02x", hash[i]);}printf("\n哈希长度: %u 字节\n", hash_len);}// 清理错误信息ERR_free_strings();return 0;
}

运行截图如下：