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我已经编写了以下代码用于在 Haskell 中计算 sha256。我发现代码很优雅,但在 GHC 下,它会在 shaStep 中花费大量时间,如果我正确读取分析数据,则会花费大量时间进行内存分配。鉴于应该可以在基本上没有内存分配的情况下计算 sha256,我正在寻找有关如何找出分配的内容并压缩它的提示。
我的代码:
{-# OPTIONS_GHC -funbox-strict-fields #-}
module SHA256 (sha256, sha256Ascii, Hash8) where
import Data.Word
import Data.Bits
import Data.List
import Control.Monad (ap)
ch x y z = (x .&. y) `xor` (complement x .&. z)
maj x y z = (x .&. y) `xor` (x .&. z) `xor` (y .&. z)
bigSigma0 x = rotateR x 2 `xor` rotateR x 13 `xor` rotateR x 22
bigSigma1 x = rotateR x 6 `xor` rotateR x 11 `xor` rotateR x 25
smallSigma0 x = rotateR x 7 `xor` rotateR x 18 `xor` shiftR x 3
smallSigma1 x = rotateR x 17 `xor` rotateR x 19 `xor` shiftR x 10
ks = [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]
blockSize = 16
padding :: Int -> [Word8] -> [[Word32]]
padding blockSize x = unfoldr block $ paddingHelper x 0 (0::Int) (0::Integer)
where
block [] = Nothing
block x = Just $ splitAt blockSize x
paddingHelper x o on n | on == (bitSize o) = o:paddingHelper x 0 0 n
paddingHelper (x:xs) o on n | on < (bitSize o) =
paddingHelper xs ((shiftL o bs) .|. (fromIntegral x)) (on+bs) $! (n+fromIntegral bs)
where
bs = bitSize x
paddingHelper [] o on n = (shiftL (shiftL o 1 .|. 1) (bso-on-1)):
(zeros ((-(fromIntegral n-on+3*bso)) `mod` (blockSize*bso)))
[fromIntegral (shiftR n bso), fromIntegral n]
where
bso = bitSize o
zeros 0 = id
zeros n | 0 < n = let z=0 in (z:) . (zeros (n-bitSize z))
data Hash8 = Hash8 {-# UNPACK #-} !Word32
{-# UNPACK #-} !Word32
{-# UNPACK #-} !Word32
{-# UNPACK #-} !Word32
{-# UNPACK #-} !Word32
{-# UNPACK #-} !Word32
{-# UNPACK #-} !Word32
{-# UNPACK #-} !Word32 deriving (Eq, Ord, Show)
shaStep :: Hash8 -> [Word32] -> Hash8
shaStep h m = foldl' (flip id) h (zipWith mkStep3 ks ws) `plus` h
where
ws = m++zipWith4 smallSigma (drop (blockSize-2) ws) (drop (blockSize-7) ws)
(drop (blockSize-15) ws) (drop (blockSize-16) ws)
where
smallSigma a b c d = smallSigma1 a + b + smallSigma0 c + d
mkStep3 k w (Hash8 a b c d e f g h) = Hash8 (t1+t2) a b c (d+t1) e f g
where
t1 = h + bigSigma1 e + ch e f g + k + w
t2 = bigSigma0 a + maj a b c
(Hash8 x0 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7) `plus` (Hash8 y0 y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7) =
Hash8 (x0+y0) (x1+y1) (x2+y2) (x3+y3) (x4+y4) (x5+y5) (x6+y6) (x7+y7)
sha :: Hash8 -> [Word8] -> Hash8
sha h0 x = foldl' shaStep h0 $ padding blockSize x
sha256 :: [Word8] -> Hash8
sha256 = sha $
Hash8 0x6a09e667 0xbb67ae85 0x3c6ef372 0xa54ff53a 0x510e527f 0x9b05688c 0x1f83d9ab 0x5be0cd19
sha256Ascii :: String -> Hash8
sha256Ascii = sha256 . map (fromIntegral . fromEnum)
ch
,
maj
,并且大小 sigma 对我的分析结果有很大的影响(同时根本不影响未分析的程序)。因此看起来我的程序在
shaStep
中花费的时间几乎没有。正如我最初所相信的那样。
最佳答案
鉴于我目前收到的评论(谢谢大家!),这里是 shaStep
的一些改进版本:
data Buffer = Buffer {-# UNPACK #-} !Hash8
{-# UNPACK #-} !Hash8
shaStep :: Hash8 -> Buffer -> Hash8
shaStep h m = go ks m h `plus` h
where
go [] _ h = h
go (k:ks) (Buffer (Hash8 a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7) (Hash8 a8 a9 aa ab ac ad ae af)) h =
go ks (Buffer (Hash8 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8) (Hash8 a9 aa ab ac ad ae af ag)) h'
where
h' = mkStep3 k a0 h
ag = smallSigma ae a9 a1 a0
smallSigma a b c d = smallSigma1 a + b + smallSigma0 c + d
mkStep3 k w (Hash8 a b c d e f g h) = Hash8 (t1+t2) a b c (d+t1) e f g
where
t1 = h + bigSigma1 e + ch e f g + k + w
t2 = bigSigma0 a + maj a b c
(Hash8 x0 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7) `plus` (Hash8 y0 y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7) =
Hash8 (x0+y0) (x1+y1) (x2+y2) (x3+y3) (x4+y4) (x5+y5) (x6+y6) (x7+y7)
Word32
的缓冲区s 手工,但我想它是好的。也许一个人还可以做得更好?
block
padding
中的函数需要修改返回列表
Buffer
s
block [] = Nothing
block (a0:a1:a2:a3:a4:a5:a6:a7:a8:a9:aa:ab:ac:ad:ae:af:as) =
Just (Buffer (Hash8 a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7) (Hash8 a8 a9 aa ab ac ad ae af), as)
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