Rust哈希函数库k12的使用,高性能K12算法实现与数据校验功能

Rust哈希函数库k12的使用,高性能K12算法实现与数据校验功能

KangarooTwelve (K12)是Keccak团队开发的一种可扩展输出函数(XOF),RustCrypto提供了其纯Rust实现。

安装

在您的项目目录中运行以下Cargo命令:

cargo add k12

或者在Cargo.toml中添加:

k12 = "0.3.0"

最低支持的Rust版本

Rust 1.56或更高版本。

许可证

Apache-2.0 OR MIT

示例代码

以下是使用k12库进行哈希计算和数据校验的完整示例:

use k12::{Digest, KangarooTwelve};

fn main() {
    // 创建KangarooTwelve哈希器实例
    let mut hasher = KangarooTwelve::new();
    
    // 输入数据
    let data = b"Hello, world!";
    
    // 更新哈希状态
    hasher.update(data);
    
    // 获取哈希结果(默认32字节)
    let result = hasher.finalize();
    println!("K12哈希结果: {:x}", result);
    
    // 自定义输出长度示例
    let mut output = [0u8; 64]; // 64字节输出
    KangarooTwelve::new()
        .chain_update(data)
        .finalize_into(&mut output);
    println!("自定义长度K12哈希: {:x?}", output);
    
    // 数据校验示例
    let data_to_check = b"Hello, world!";
    let expected_hash = [
        0x1a, 0x35, 0x5f, 0x0b, 0x1d, 0x4a, 0x3c, 0x21, 
        0x4e, 0x5d, 0xb1, 0x9d, 0x3e, 0x4a, 0x5e, 0x8b, 
        0x46, 0x8a, 0x3b, 0x8e, 0x77, 0xd3, 0x25, 0x9e, 
        0x0f, 0x7a, 0xf5, 0xfd, 0x50, 0x97, 0xa5, 0x95
    ];
    
    let check_hash = KangarooTwelve::new()
        .chain_update(data_to_check)
        .finalize();
    
    if check_hash[..] == expected_hash[..] {
        println!("数据校验通过!");
    } else {
        println!("数据校验失败!");
    }
}

性能说明

KangarooTwelve算法设计用于高性能哈希计算,特别是在现代CPU上。RustCrypto的实现进行了优化以充分利用Rust的性能特性。

文档

更多详细用法请参考官方文档。

贡献

欢迎贡献代码,任何提交都将按照Apache-2.0和MIT双重许可协议授权。

完整示例代码扩展

以下是基于k12库的更多使用场景示例:

use k12::{Digest, KangarooTwelve};
use std::fs::File;
use std::io::{Read, Write};

fn main() {
    // 示例1:基本哈希计算
    basic_hashing();
    
    // 示例2:文件哈希校验
    file_hashing();
    
    // 示例3:流式数据哈希
    streaming_hashing();
}

fn basic_hashing() {
    println!("=== 基本哈希示例 ===");
    let data = b"Rust K12 hashing example";
    
    // 方法1:分步更新
    let mut hasher = KangarooTwelve::new();
    hasher.update(data);
    let hash = hasher.finalize();
    println!("方法1哈希: {:x}", hash);
    
    // 方法2:链式调用
    let hash = KangarooTwelve::new()
        .chain_update(b"Part1")
        .chain_update(b"Part2")
        .finalize();
    println!("方法2哈希: {:x}", hash);
}

fn file_hashing() {
    println!("\n=== 文件哈希示例 ===");
    let file_path = "test.txt";
    
    // 创建测试文件
    let mut file = File::create(file_path).unwrap();
    file.write_all(b"File content for hashing").unwrap();
    
    // 计算文件哈希
    let mut file = File::open(file_path).unwrap();
    let mut hasher = KangarooTwelve::new();
    let mut buffer = [0; 1024];
    
    loop {
        let count = file.read(&mut buffer).unwrap();
        if count == 0 {
            break;
        }
        hasher.update(&buffer[..count]);
    }
    
    let file_hash = hasher.finalize();
    println!("文件哈希: {:x}", file_hash);
}

fn streaming_hashing() {
    println!("\n=== 流式哈希示例 ===");
    let chunks = vec![
        b"Streaming ".to_vec(),
        b"data ".to_vec(),
        b"hashing ".to_vec(),
        b"example".to_vec()
    ];
    
    let mut hasher = KangarooTwelve::new();
    for chunk in chunks {
        hasher.update(&chunk);
        println!("更新块后哈希状态: {:x}", hasher.clone().finalize());
    }
    
    let final_hash = hasher.finalize();
    println!("最终哈希: {:x}", final_hash);
    
    // 验证流式哈希与一次性哈希结果一致
    let one_shot_hash = KangarooTwelve::new()
        .chain_update(b"Streaming data hashing example")
        .finalize();
    assert_eq!(final_hash, one_shot_hash);
    println!("流式验证通过!");
}

这个扩展示例展示了:

  1. 基本的哈希计算
  2. 文件内容哈希校验
  3. 流式数据哈希处理
  4. 哈希状态中间结果查看
  5. 流式哈希与一次性哈希结果一致性验证

代码中包含了详细的注释说明每个步骤的作用,便于理解和使用。


1 回复

Rust哈希函数库k12的使用指南

K12算法简介

K12(KangarooTwelve)是一种基于Keccak的快速哈希算法,由Keccak团队设计。它是SHA-3标准Keccak的变种,具有以下特点:

  • 高性能:比传统SHA-3更快
  • 灵活性:支持任意长度的输出
  • 并行化:适合现代处理器架构

安装k12库

在Cargo.toml中添加依赖:

[dependencies]
k12 = "0.3"

基本使用方法

简单哈希计算

use k12::{Digest, KangarooTwelve};

fn main() {
    let input = b"Hello, Rust!";
    let mut hasher = KangarooTwelve::new();
    hasher.update(input);
    let result = hasher.finalize();
    
    println!("K12 hash: {:x}", result);
}

自定义输出长度

use k12::{KangarooTwelve, digest::{Update, ExtendableOutput}};

fn main() {
    let input = b"Custom output length example";
    let mut hasher = KangarooTwelve::new();
    hasher.update(input);
    
    // 获取64字节的输出
    let mut output = [0u8; 64];
    hasher.finalize_xof().read(&mut output);
    
    println!("64-byte hash: {:x?}", output);
}

高级功能

带自定义字符串的哈希

use k12::KangarooTwelve;

fn main() {
    let data = b"Main data";
    let custom_string = b"Customization string";
    
    let hash = KangarooTwelve::hash_with_customization(data, custom_string);
    println!("Customized hash: {:x}", hash);
}

大文件哈希计算

use std::fs::File;
use std::io::Read;
use k12::{KangarooTwelve, digest::{Update, ExtendableOutput}};

fn hash_file(path: &str) -> std::io::Result<()> {
    let mut file = File::open(path)?;
    let mut hasher = KangarooTwelve::new();
    
    let mut buffer = [0; 1024];
    loop {
        let bytes_read = file.read(&mut buffer)?;
        if bytes_read == 0 {
            break;
        }
        hasher.update(&buffer[..bytes_read]);
    }
    
    let result = hasher.finalize();
    println!("File hash: {:x}", result);
    
    Ok(())
}

性能比较示例

use k12::KangarooTwelve;
use sha2::Sha256;
use sha3::Keccak256;
use std::time::Instant;

fn benchmark(data: &[u8]) {
    // K12
    let start = Instant::now();
    let mut hasher = KangarooTwelve::new();
    hasher.update(data);
    let _ = hasher.finalize();
    println!("K12 time: {:?}", start.elapsed());
    
    // SHA-256
    let start = Instant::now();
    let mut hasher = Sha256::new();
    hasher.update(data);
    let _ = hasher.finalize();
    println!("SHA-256 time: {:?}", start.elapsed());
    
    // Keccak-256
    let start = Instant::now();
    let mut hasher = Keccak256::new();
    hasher.update(data);
    let _ = hasher.finalize();
    println!("Keccak-256 time: {:?}", start.elapsed());
}

fn main() {
    let data = vec![0u8; 10_000_000]; // 10MB数据
    benchmark(&data);
}

数据校验示例

use k12::KangarooTwelve;

struct DataPacket {
    payload: Vec<u8>,
    checksum: [u8; 32],
}

impl DataPacket {
    fn new(payload: Vec<u8>) -> Self {
        let checksum = KangarooTwelve::digest(&payload);
        Self { payload, checksum: checksum.into() }
    }
    
    fn verify(&self) -> bool {
        let computed = KangarooTwelve::digest(&self.payload);
        computed.as_slice() == self.checksum
    }
}

fn main() {
    let data = b"Important data to protect".to_vec();
    let packet = DataPacket::new(data.clone());
    
    println!("Verification: {}", packet.verify());
    
    // 篡改数据
    let mut tampered = DataPacket { payload: data, checksum: packet.checksum };
    tampered.payload.push(0);
    
    println!("Tampered verification: {}", tampered.verify());
}

完整示例代码

下面是一个结合了多种功能的完整示例:

use k12::{KangarooTwelve, Digest, digest::{Update, ExtendableOutput}};
use std::fs::File;
use std::io::Read;

fn main() {
    // 示例1: 简单哈希计算
    println!("=== 简单哈希示例 ===");
    let input = b"Hello, K12!";
    let mut hasher = KangarooTwelve::new();
    hasher.update(input);
    let result = hasher.finalize();
    println!("简单哈希结果: {:x}\n", result);

    // 示例2: 自定义输出长度
    println!("=== 自定义输出长度示例 ===");
    let input = b"Custom output length";
    let mut hasher = KangarooTwelve::new();
    hasher.update(input);
    let mut output = [0u8; 48]; // 48字节输出
    hasher.finalize_xof().read(&mut output);
    println!("48字节哈希结果: {:x?}\n", output);

    // 示例3: 文件哈希计算
    println!("=== 文件哈希示例 ===");
    if let Err(e) = hash_file("example.txt") {
        eprintln!("文件哈希计算错误: {}", e);
    }

    // 示例4: 性能比较
    println!("=== 性能比较 ===");
    let data = vec![0u8; 1_000_000]; // 1MB数据
    benchmark(&data);
}

fn hash_file(path: &str) -> std::io::Result<()> {
    let mut file = File::open(path)?;
    let mut hasher = KangarooTwelve::new();
    let mut buffer = [0; 4096]; // 4KB缓冲区
    
    loop {
        let bytes_read = file.read(&mut buffer)?;
        if bytes_read == 0 {
            break;
        }
        hasher.update(&buffer[..bytes_read]);
    }
    
    let result = hasher.finalize();
    println!("文件'{}'的哈希值: {:x}", path, result);
    Ok(())
}

fn benchmark(data: &[u8]) {
    let start = std::time::Instant::now();
    let mut hasher = KangarooTwelve::new();
    hasher.update(data);
    let _ = hasher.finalize();
    println!("K12处理{}字节耗时: {:?}", data.len(), start.elapsed());
}

注意事项

  1. K12适合需要高性能哈希的场景,但如果是安全性要求极高的场景,建议使用标准化的SHA-3
  2. 默认输出长度是32字节,但可以根据需要调整
  3. 对于小数据量,性能优势可能不明显

K12库提供了简单易用的API,同时保持了极高的性能,是Rust中处理大文件哈希或需要快速哈希计算的理想选择。

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