本文目錄如下，閱讀本文后，將一網(wǎng)打盡下面Golang Map相關(guān)面試題
成都創(chuàng)新互聯(lián)從2013年開(kāi)始，是專業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)服務(wù)公司，擁有項(xiàng)目成都做網(wǎng)站、成都網(wǎng)站制作、成都外貿(mào)網(wǎng)站建設(shè)網(wǎng)站策劃，項(xiàng)目實(shí)施與項(xiàng)目整合能力。我們以讓每一個(gè)夢(mèng)想脫穎而出為使命，1280元大通做網(wǎng)站,已為上家服務(wù),為大通各地企業(yè)和個(gè)人服務(wù),聯(lián)系電話:13518219792
Go中的map是一個(gè)指針，占用8個(gè)字節(jié)，指向hmap結(jié)構(gòu)體; 源碼 src/runtime/map.go 中可以看到map的底層結(jié)構(gòu)
每個(gè)map的底層結(jié)構(gòu)是hmap，hmap包含若干個(gè)結(jié)構(gòu)為bmap的bucket數(shù)組。每個(gè)bucket底層都采用鏈表結(jié)構(gòu)。接下來(lái)，我們來(lái)詳細(xì)看下map的結(jié)構(gòu)
bmap 就是我們常說(shuō)的“桶”，一個(gè)桶里面會(huì)最多裝 8 個(gè) key，這些 key 之所以會(huì)落入同一個(gè)桶，是因?yàn)樗鼈兘?jīng)過(guò)哈希計(jì)算后，哈希結(jié)果是“一類”的，關(guān)于key的定位我們?cè)趍ap的查詢和插入中詳細(xì)說(shuō)明。在桶內(nèi)，又會(huì)根據(jù) key 計(jì)算出來(lái)的 hash 值的高 8 位來(lái)決定 key 到底落入桶內(nèi)的哪個(gè)位置（一個(gè)桶內(nèi)最多有8個(gè)位置)。
bucket內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可視化如下：
注意到 key 和 value 是各自放在一起的，并不是 key/value/key/value/... 這樣的形式。源碼里說(shuō)明這樣的好處是在某些情況下可以省略掉 padding字段，節(jié)省內(nèi)存空間。
當(dāng) map 的 key 和 value 都不是指針，并且 size 都小于 128 字節(jié)的情況下，會(huì)把 bmap 標(biāo)記為不含指針，這樣可以避免 gc 時(shí)掃描整個(gè) hmap。但是，我們看 bmap 其實(shí)有一個(gè) overflow 的字段，是指針類型的，破壞了 bmap 不含指針的設(shè)想，這時(shí)會(huì)把 overflow 移動(dòng)到 extra 字段來(lái)。
map是個(gè)指針，底層指向hmap，所以是個(gè)引用類型
golang 有三個(gè)常用的高級(jí)類型 slice 、map、channel, 它們都是 引用類型 ，當(dāng)引用類型作為函數(shù)參數(shù)時(shí)，可能會(huì)修改原內(nèi)容數(shù)據(jù)。
golang 中沒(méi)有引用傳遞，只有值和指針傳遞。所以 map 作為函數(shù)實(shí)參傳遞時(shí)本質(zhì)上也是值傳遞，只不過(guò)因?yàn)?map 底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過(guò)指針指向?qū)嶋H的元素存儲(chǔ)空間，在被調(diào)函數(shù)中修改 map，對(duì)調(diào)用者同樣可見(jiàn)，所以 map 作為函數(shù)實(shí)參傳遞時(shí)表現(xiàn)出了引用傳遞的效果。
因此，傳遞 map 時(shí)，如果想修改map的內(nèi)容而不是map本身，函數(shù)形參無(wú)需使用指針
map 底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過(guò)指針指向?qū)嶋H的元素 存儲(chǔ)空間 ，這種情況下，對(duì)其中一個(gè)map的更改，會(huì)影響到其他map
map 在沒(méi)有被修改的情況下，使用 range 多次遍歷 map 時(shí)輸出的 key 和 value 的順序可能不同。這是 Go 語(yǔ)言的設(shè)計(jì)者們有意為之，在每次 range 時(shí)的順序被隨機(jī)化，旨在提示開(kāi)發(fā)者們，Go 底層實(shí)現(xiàn)并不保證 map 遍歷順序穩(wěn)定，請(qǐng)大家不要依賴 range 遍歷結(jié)果順序。
map 本身是無(wú)序的，且遍歷時(shí)順序還會(huì)被隨機(jī)化，如果想順序遍歷 map，需要對(duì) map key 先排序，再按照 key 的順序遍歷 map。
map默認(rèn)是并發(fā)不安全的，原因如下：
Go 官方在經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的討論后，認(rèn)為 Go map 更應(yīng)適配典型使用場(chǎng)景（不需要從多個(gè) goroutine 中進(jìn)行安全訪問(wèn)），而不是為了小部分情況（并發(fā)訪問(wèn)），導(dǎo)致大部分程序付出加鎖代價(jià)（性能），決定了不支持。
場(chǎng)景: 2個(gè)協(xié)程同時(shí)讀和寫，以下程序會(huì)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤：fatal error: concurrent map writes
如果想實(shí)現(xiàn)map線程安全，有兩種方式：
方式一：使用讀寫鎖 map + sync.RWMutex
方式二：使用golang提供的 sync.Map
sync.map是用讀寫分離實(shí)現(xiàn)的，其思想是空間換時(shí)間。和map+RWLock的實(shí)現(xiàn)方式相比，它做了一些優(yōu)化：可以無(wú)鎖訪問(wèn)read map，而且會(huì)優(yōu)先操作read map，倘若只操作read map就可以滿足要求(增刪改查遍歷)，那就不用去操作write map(它的讀寫都要加鎖)，所以在某些特定場(chǎng)景中它發(fā)生鎖競(jìng)爭(zhēng)的頻率會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于map+RWLock的實(shí)現(xiàn)方式。
golang中map是一個(gè)kv對(duì)集合。底層使用hash table，用鏈表來(lái)解決沖突 ，出現(xiàn)沖突時(shí)，不是每一個(gè)key都申請(qǐng)一個(gè)結(jié)構(gòu)通過(guò)鏈表串起來(lái)，而是以bmap為最小粒度掛載，一個(gè)bmap可以放8個(gè)kv。在哈希函數(shù)的選擇上，會(huì)在程序啟動(dòng)時(shí)，檢測(cè) cpu 是否支持 aes，如果支持，則使用 aes hash，否則使用 memhash。
map有3鐘初始化方式，一般通過(guò)make方式創(chuàng)建
map的創(chuàng)建通過(guò)生成匯編碼可以知道，make創(chuàng)建map時(shí)調(diào)用的底層函數(shù)是 runtime.makemap 。如果你的map初始容量小于等于8會(huì)發(fā)現(xiàn)走的是 runtime.fastrand 是因?yàn)槿萘啃∮?時(shí)不需要生成多個(gè)桶，一個(gè)桶的容量就可以滿足
makemap函數(shù)會(huì)通過(guò) fastrand 創(chuàng)建一個(gè)隨機(jī)的哈希種子，然后根據(jù)傳入的 hint 計(jì)算出需要的最小需要的桶的數(shù)量，最后再使用 makeBucketArray 創(chuàng)建用于保存桶的數(shù)組，這個(gè)方法其實(shí)就是根據(jù)傳入的 B 計(jì)算出的需要?jiǎng)?chuàng)建的桶數(shù)量在內(nèi)存中分配一片連續(xù)的空間用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，在創(chuàng)建桶的過(guò)程中還會(huì)額外創(chuàng)建一些用于保存溢出數(shù)據(jù)的桶，數(shù)量是 2^(B-4) 個(gè)。初始化完成返回hmap指針。
找到一個(gè) B，使得 map 的裝載因子在正常范圍內(nèi)
Go 語(yǔ)言中讀取 map 有兩種語(yǔ)法：帶 comma 和 不帶 comma。當(dāng)要查詢的 key 不在 map 里，帶 comma 的用法會(huì)返回一個(gè) bool 型變量提示 key 是否在 map 中；而不帶 comma 的語(yǔ)句則會(huì)返回一個(gè) value 類型的零值。如果 value 是 int 型就會(huì)返回 0，如果 value 是 string 類型，就會(huì)返回空字符串。
map的查找通過(guò)生成匯編碼可以知道，根據(jù) key 的不同類型，編譯器會(huì)將查找函數(shù)用更具體的函數(shù)替換，以優(yōu)化效率：
函數(shù)首先會(huì)檢查 map 的標(biāo)志位 flags。如果 flags 的寫標(biāo)志位此時(shí)被置 1 了，說(shuō)明有其他協(xié)程在執(zhí)行“寫”操作，進(jìn)而導(dǎo)致程序 panic。這也說(shuō)明了 map 對(duì)協(xié)程是不安全的。
key經(jīng)過(guò)哈希函數(shù)計(jì)算后，得到的哈希值如下（主流64位機(jī)下共 64 個(gè) bit 位）：
m: 桶的個(gè)數(shù)
從buckets 通過(guò) hash m 得到對(duì)應(yīng)的bucket，如果bucket正在擴(kuò)容，并且沒(méi)有擴(kuò)容完成，則從oldbuckets得到對(duì)應(yīng)的bucket
計(jì)算hash所在桶編號(hào)：
用上一步哈希值最后的 5 個(gè) bit 位，也就是 01010 ，值為 10，也就是 10 號(hào)桶（范圍是0~31號(hào)桶）
計(jì)算hash所在的槽位:
用上一步哈希值哈希值的高8個(gè)bit 位，也就是 10010111 ，轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制，也就是151，在 10 號(hào) bucket 中尋找** tophash 值（HOB hash）為 151* 的 槽位**，即為key所在位置，找到了 2 號(hào)槽位，這樣整個(gè)查找過(guò)程就結(jié)束了。
如果在 bucket 中沒(méi)找到，并且 overflow 不為空，還要繼續(xù)去 overflow bucket 中尋找，直到找到或是所有的 key 槽位都找遍了，包括所有的 overflow bucket。
通過(guò)上面找到了對(duì)應(yīng)的槽位，這里我們?cè)僭敿?xì)分析下key/value值是如何獲取的：
bucket 里 key 的起始地址就是 unsafe.Pointer(b)+dataOffset。第 i 個(gè) key 的地址就要在此基礎(chǔ)上跨過(guò) i 個(gè) key 的大小；而我們又知道，value 的地址是在所有 key 之后，因此第 i 個(gè) value 的地址還需要加上所有 key 的偏移。
通過(guò)匯編語(yǔ)言可以看到，向 map 中插入或者修改 key，最終調(diào)用的是 mapassign 函數(shù)。
實(shí)際上插入或修改 key 的語(yǔ)法是一樣的，只不過(guò)前者操作的 key 在 map 中不存在，而后者操作的 key 存在 map 中。
mapassign 有一個(gè)系列的函數(shù)，根據(jù) key 類型的不同，編譯器會(huì)將其優(yōu)化為相應(yīng)的“快速函數(shù)”。
我們只用研究最一般的賦值函數(shù) mapassign 。
map的賦值會(huì)附帶著map的擴(kuò)容和遷移，map的擴(kuò)容只是將底層數(shù)組擴(kuò)大了一倍，并沒(méi)有進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移，數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移是在擴(kuò)容后逐步進(jìn)行的，在遷移的過(guò)程中每進(jìn)行一次賦值（access或者delete）會(huì)至少做一次遷移工作。
1.判斷map是否為nil
每一次進(jìn)行賦值/刪除操作時(shí)，只要oldbuckets != nil 則認(rèn)為正在擴(kuò)容，會(huì)做一次遷移工作，下面會(huì)詳細(xì)說(shuō)下遷移過(guò)程
根據(jù)上面查找過(guò)程，查找key所在位置，如果找到則更新，沒(méi)找到則找空位插入即可
經(jīng)過(guò)前面迭代尋找動(dòng)作，若沒(méi)有找到可插入的位置，意味著需要擴(kuò)容進(jìn)行插入，下面會(huì)詳細(xì)說(shuō)下擴(kuò)容過(guò)程
通過(guò)匯編語(yǔ)言可以看到，向 map 中刪除 key，最終調(diào)用的是 mapdelete 函數(shù)
刪除的邏輯相對(duì)比較簡(jiǎn)單，大多函數(shù)在賦值操作中已經(jīng)用到過(guò)，核心還是找到 key 的具體位置。尋找過(guò)程都是類似的，在 bucket 中挨個(gè) cell 尋找。找到對(duì)應(yīng)位置后，對(duì) key 或者 value 進(jìn)行“清零”操作，將 count 值減 1，將對(duì)應(yīng)位置的 tophash 值置成 Empty
再來(lái)說(shuō)觸發(fā) map 擴(kuò)容的時(shí)機(jī)：在向 map 插入新 key 的時(shí)候，會(huì)進(jìn)行條件檢測(cè)，符合下面這 2 個(gè)條件，就會(huì)觸發(fā)擴(kuò)容：
1、裝載因子超過(guò)閾值
源碼里定義的閾值是 6.5 (loadFactorNum/loadFactorDen)，是經(jīng)過(guò)測(cè)試后取出的一個(gè)比較合理的因子
我們知道，每個(gè) bucket 有 8 個(gè)空位，在沒(méi)有溢出，且所有的桶都裝滿了的情況下，裝載因子算出來(lái)的結(jié)果是 8。因此當(dāng)裝載因子超過(guò) 6.5 時(shí)，表明很多 bucket 都快要裝滿了，查找效率和插入效率都變低了。在這個(gè)時(shí)候進(jìn)行擴(kuò)容是有必要的。
對(duì)于條件 1，元素太多，而 bucket 數(shù)量太少，很簡(jiǎn)單：將 B 加 1，bucket 最大數(shù)量( 2^B )直接變成原來(lái) bucket 數(shù)量的 2 倍。于是，就有新老 bucket 了。注意，這時(shí)候元素都在老 bucket 里，還沒(méi)遷移到新的 bucket 來(lái)。新 bucket 只是最大數(shù)量變?yōu)樵瓉?lái)最大數(shù)量的 2 倍( 2^B * 2 ) 。
2、overflow 的 bucket 數(shù)量過(guò)多
在裝載因子比較小的情況下，這時(shí)候 map 的查找和插入效率也很低，而第 1 點(diǎn)識(shí)別不出來(lái)這種情況。表面現(xiàn)象就是計(jì)算裝載因子的分子比較小，即 map 里元素總數(shù)少，但是 bucket 數(shù)量多（真實(shí)分配的 bucket 數(shù)量多，包括大量的 overflow bucket）
不難想像造成這種情況的原因：不停地插入、刪除元素。先插入很多元素，導(dǎo)致創(chuàng)建了很多 bucket，但是裝載因子達(dá)不到第 1 點(diǎn)的臨界值，未觸發(fā)擴(kuò)容來(lái)緩解這種情況。之后，刪除元素降低元素總數(shù)量，再插入很多元素，導(dǎo)致創(chuàng)建很多的 overflow bucket，但就是不會(huì)觸發(fā)第 1 點(diǎn)的規(guī)定，你能拿我怎么辦？overflow bucket 數(shù)量太多，導(dǎo)致 key 會(huì)很分散，查找插入效率低得嚇人，因此出臺(tái)第 2 點(diǎn)規(guī)定。這就像是一座空城，房子很多，但是住戶很少，都分散了，找起人來(lái)很困難
對(duì)于條件 2，其實(shí)元素沒(méi)那么多，但是 overflow bucket 數(shù)特別多，說(shuō)明很多 bucket 都沒(méi)裝滿。解決辦法就是開(kāi)辟一個(gè)新 bucket 空間，將老 bucket 中的元素移動(dòng)到新 bucket，使得同一個(gè) bucket 中的 key 排列地更緊密。這樣，原來(lái)，在 overflow bucket 中的 key 可以移動(dòng)到 bucket 中來(lái)。結(jié)果是節(jié)省空間，提高 bucket 利用率，map 的查找和插入效率自然就會(huì)提升。
由于 map 擴(kuò)容需要將原有的 key/value 重新搬遷到新的內(nèi)存地址，如果有大量的 key/value 需要搬遷，會(huì)非常影響性能。因此 Go map 的擴(kuò)容采取了一種稱為“漸進(jìn)式”的方式，原有的 key 并不會(huì)一次性搬遷完畢，每次最多只會(huì)搬遷 2 個(gè) bucket。
上面說(shuō)的 hashGrow() 函數(shù)實(shí)際上并沒(méi)有真正地“搬遷”，它只是分配好了新的 buckets，并將老的 buckets 掛到了 oldbuckets 字段上。真正搬遷 buckets 的動(dòng)作在 growWork() 函數(shù)中，而調(diào)用 growWork() 函數(shù)的動(dòng)作是在 mapassign 和 mapdelete 函數(shù)中。也就是插入或修改、刪除 key 的時(shí)候，都會(huì)嘗試進(jìn)行搬遷 buckets 的工作。先檢查 oldbuckets 是否搬遷完畢，具體來(lái)說(shuō)就是檢查 oldbuckets 是否為 nil。
如果未遷移完畢，賦值/刪除的時(shí)候，擴(kuò)容完畢后（預(yù)分配內(nèi)存），不會(huì)馬上就進(jìn)行遷移。而是采取 增量擴(kuò)容 的方式，當(dāng)有訪問(wèn)到具體 bukcet 時(shí)，才會(huì)逐漸的進(jìn)行遷移（將 oldbucket 遷移到 bucket）
nevacuate 標(biāo)識(shí)的是當(dāng)前的進(jìn)度，如果都搬遷完，應(yīng)該和2^B的長(zhǎng)度是一樣的
在evacuate 方法實(shí)現(xiàn)是把這個(gè)位置對(duì)應(yīng)的bucket，以及其沖突鏈上的數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)移到新的buckets上。
轉(zhuǎn)移的判斷直接通過(guò)tophash 就可以，判斷tophash中第一個(gè)hash值即可
遍歷的過(guò)程，就是按順序遍歷 bucket，同時(shí)按順序遍歷 bucket 中的 key。
map遍歷是無(wú)序的，如果想實(shí)現(xiàn)有序遍歷，可以先對(duì)key進(jìn)行排序
為什么遍歷 map 是無(wú)序的？
如果發(fā)生過(guò)遷移，key 的位置發(fā)生了重大的變化，有些 key 飛上高枝，有些 key 則原地不動(dòng)。這樣，遍歷 map 的結(jié)果就不可能按原來(lái)的順序了。
如果就一個(gè)寫死的 map，不會(huì)向 map 進(jìn)行插入刪除的操作，按理說(shuō)每次遍歷這樣的 map 都會(huì)返回一個(gè)固定順序的 key/value 序列吧。但是 Go 杜絕了這種做法，因?yàn)檫@樣會(huì)給新手程序員帶來(lái)誤解，以為這是一定會(huì)發(fā)生的事情，在某些情況下，可能會(huì)釀成大錯(cuò)。
Go 做得更絕，當(dāng)我們?cè)诒闅v map 時(shí)，并不是固定地從 0 號(hào) bucket 開(kāi)始遍歷，每次都是從一個(gè)**隨機(jī)值序號(hào)的 bucket 開(kāi)始遍歷，并且是從這個(gè) bucket 的一個(gè) 隨機(jī)序號(hào)的 cell **開(kāi)始遍歷。這樣，即使你是一個(gè)寫死的 map，僅僅只是遍歷它，也不太可能會(huì)返回一個(gè)固定序列的 key/value 對(duì)了。
有界面，我這里有個(gè)，但是是c#語(yǔ)言的，你以為如何？
下面是c版本的
AES加密算法源代碼
//AES.h
#define decrypt TRUE
#define encrypt FALSE
#define TYPE BOOL
typedef struct _AES{
int Nb;
int Nr;
int Nk;
unsigned long *Word;
unsigned long *State;
}AES;
/*
加密數(shù)據(jù)
byte *input 明文
byte *inSize 明文長(zhǎng)
byte *out 密文存放的地方
byte *key 密鑰key
byte *keySize 密鑰長(zhǎng)
*/
void Cipher(
unsigned char* input,
int inSize,
unsigned char* out,
unsigned char* key,
int keySize);
/*
解密數(shù)據(jù)
byte *input 密文
int *inSize 密文長(zhǎng)
byte *out 明文存放的地方
byte *key 密鑰key
int *keySize 密鑰長(zhǎng)
*/
void InvCipher(
unsigned char* input,
int inSize,
unsigned char* out,
unsigned char* key,
int keySize);
/*
生成加密用的參數(shù)AES結(jié)構(gòu)
int inSize 塊大小
byte* 密鑰
int 密鑰長(zhǎng)
unsigned long 屬性(標(biāo)實(shí)類型)
返回AES結(jié)構(gòu)指針
*/
AES *InitAES(AES *aes,
int inSize,
unsigned char* key,
int keySize, TYPE type);
/*
生成加密用的參數(shù)AES結(jié)構(gòu)
int inSize 塊大小
byte* 密鑰
int 密鑰長(zhǎng)
返回AES結(jié)構(gòu)指針
*/
AES *InitAES(
int inSize,
unsigned char* key,
int keySize, BOOL );
/*
加密時(shí)進(jìn)行Nr輪運(yùn)算
AES * aes 運(yùn)行時(shí)參數(shù)
*/
void CipherLoop(
AES *aes);
/*
解密時(shí)進(jìn)行Nr輪逆運(yùn)算
AES * aes 運(yùn)行時(shí)參數(shù)
*/
void InvCipherLoop(
AES *aes);
/*
釋放AES結(jié)構(gòu)和State和密鑰庫(kù)word
*/
void freeAES(
AES *aes);
//AES.cpp
#include "stdafx.h"
#include
#include
#include "AES.h"
unsigned char* SubWord(unsigned char* word);
unsigned long* keyExpansion(unsigned char* key, int Nk, int Nr,int);
/*
加密數(shù)據(jù)
byte *input 明文
byte *inSize 明文長(zhǎng)
byte *out 密文存放的地方
byte *key 密鑰key
byte *keySize 密鑰長(zhǎng)
*/
void Cipher(unsigned char* input, int inSize, unsigned char* out, unsigned char* key, int keySize)
{
AES aes ;
InitAES(aes,inSize,key,keySize,encrypt);
memcpy(aes.State,input,inSize);
CipherLoop(aes);
memcpy(out,aes.State,inSize);
}
/*
解密數(shù)據(jù)
byte *input 密文
int *inSize 密文長(zhǎng)
byte *out 明文存放的地方
byte *key 密鑰key
int *keySize 密鑰長(zhǎng)
*/
void InvCipher(unsigned char* input, int inSize, unsigned char* out, unsigned char* key, int keySize)
{
AES aes;
InitAES(aes,inSize,key,keySize,decrypt);
memcpy(aes.State,input,inSize);
InvCipherLoop(aes);
memcpy(aes.State,out,inSize);
}
/*
生成加密用的參數(shù)AES結(jié)構(gòu)
int inSize 塊大小
byte* 密鑰
int 密鑰長(zhǎng)
返回AES結(jié)構(gòu)指針
*/
AES *InitAES(AES *aes,int inSize, unsigned char *key, int keySize, TYPE type)
{
int Nb = inSize 2,
Nk = keySize 2,
Nr = Nb Nk ? Nk:Nb+6;
aes-Nb = Nb;
aes-Nk = Nk;
aes-Nr = Nr;
aes-Word = keyExpansion(key,Nb,Nr,Nk);
aes-State = new unsigned long[Nb+3];
if(type)
aes-State += 3;
return aes;
}
/*
生成加密用的參數(shù)AES結(jié)構(gòu)
int inSize 塊大小
byte* 密鑰
int 密鑰長(zhǎng)
返回AES結(jié)構(gòu)指針
*/
AES *InitAES(int inSize, unsigned char* key, int keySize,unsigned long type)
{
return InitAES(new AES(),inSize,key,keySize,type);
}
/*
*/
void CipherLoop(AES *aes)
{
unsigned char temp[4];
unsigned long *word8 = aes-Word,
*State = aes-State;
int Nb = aes-Nb,
Nr = aes-Nr;
int r;
for (r = 0; r Nb; ++r)
{
State[r] ^= word8[r];
}
for (int round =1; round {
word8 += Nb;
/*
假設(shè)Nb=4;
---------------------
| s0 | s1 | s2 | s3 |
---------------------
| s4 | s5 | s6 | s7 |
---------------------
| s8 | s9 | sa | sb |
---------------------
| sc | sd | se | sf |
---------------------
| | | | |
---------------------
| | | | |
---------------------
| | | | |
---------------------
*/
memcpy(State+Nb,State,12);
/*
Nb=4;
---------------------
| s0 | | | |
---------------------
| s4 | s5 | | |
---------------------
| s8 | s9 | sa | |
---------------------
| sc | sd | se | sf |
---------------------
| | s1 | s2 | s3 |
---------------------
| | | s6 | s7 |
---------------------
| | | | sb |
---------------------
*/
for(r =0; r {
/*
temp = {Sbox[s0],Sbox[s5],Sbox[sa],Sbox[sf]};
*/
temp[0] = Sbox[*((unsigned char*)State)];
temp[1] = Sbox[*((unsigned char*)(State+1)+1)];
temp[2] = Sbox[*((unsigned char*)(State+2)+2)];
temp[3] = Sbox[*((unsigned char*)(State+3)+3)];
*((unsigned char*)State) = Log_02[temp[0]] ^ Log_03[temp[1]] ^ temp[2] ^ temp[3];
*((unsigned char*)State+1) = Log_02[temp[1]] ^ Log_03[temp[2]] ^ temp[3] ^ temp[0];
*((unsigned char*)State+2) = Log_02[temp[2]] ^ Log_03[temp[3]] ^ temp[0] ^ temp[1];
*((unsigned char*)State+3) = Log_02[temp[3]] ^ Log_03[temp[0]] ^ temp[1] ^ temp[2];
*State ^= word8[r];
State++;
}
State -= Nb;
}
memcpy(State+Nb,State,12);
word8 += Nb;
for(r =0; r {
*((unsigned char*)State) = Sbox[*(unsigned char*)State];
*((unsigned char*)State+1) = Sbox[*((unsigned char*)(State+1)+1)];
*((unsigned char*)State+2) = Sbox[*((unsigned char*)(State+2)+2)];
*((unsigned char*)State+3) = Sbox[*((unsigned char*)(State+3)+3)];
*State ^= word8[r];
State++;
}
}
/*
解密時(shí)進(jìn)行Nr輪逆運(yùn)算
AES * aes 運(yùn)行時(shí)參數(shù)
*/
void InvCipherLoop(AES *aes)
{
unsigned long *Word = aes-Word,
*State = aes-State;
int Nb = aes-Nb,
Nr = aes-Nr;
unsigned char temp[4];
int r =0;
Word += Nb*Nr;
for (r = 0; r Nb; ++r)
{
State[r] ^= Word[r];
}
State -= 3;
for (int round = Nr-1; round 0; --round)
{
/*
假設(shè)Nb=4;
---------------------
| | | | |
---------------------
| | | | |
---------------------
| | | | |
---------------------
| s0 | s1 | s2 | s3 |
---------------------
| s4 | s5 | s6 | s7 |
---------------------
| s8 | s9 | sa | sb |
---------------------
| sc | sd | se | sf |
---------------------
*/
memcpy(State,State+Nb,12);
/*
Nb=4;
---------------------
| | | | s7 |
---------------------
| | | sa | sb |
---------------------
| | sd | se | sf |
---------------------
| s0 | s1 | s2 | s3 |
---------------------
| s4 | s5 | s6 | |
---------------------
| s8 | s9 | | |
---------------------
| sc | | | |
---------------------
*/
Word -= Nb;
State += Nb+2;
for(r = Nb-1; r = 0; r--)
{
/*
temp = {iSbox[s0],iSbox[sd],iSbox[sa],iSbox[s7]};
*/
temp[0] = iSbox[*(byte*)State];
temp[1] = iSbox[*((byte*)(State-1)+1)];
temp[2] = iSbox[*((byte*)(State-2)+2)];
temp[3] = iSbox[*((byte*)(State-3)+3)];
*(unsigned long*)temp ^= Word[r];
*(unsigned char*)State = Log_0e[temp[0]] ^ Log_0b[temp[1]] ^ Log_0d[temp[2]] ^ Log_09[temp[3]];
*((unsigned char*)State+1) = Log_0e[temp[1]] ^ Log_0b[temp[2]] ^ Log_0d[temp[3]] ^ Log_09[temp[0]];
*((unsigned char*)State+2) = Log_0e[temp[2]] ^ Log_0b[temp[3]] ^ Log_0d[temp[0]] ^ Log_09[temp[1]];
*((unsigned char*)State+3) = Log_0e[temp[3]] ^ Log_0b[temp[0]] ^ Log_0d[temp[1]] ^ Log_09[temp[2]];
State --;
}
State -= 2;
}
Word -= Nb;
memcpy(State,State+Nb,12);
State += Nb+2;
for(r = Nb-1; r = 0; r--)
{
*(unsigned char*)State = iSbox[*(unsigned char*)State];
*((unsigned char*)State+1) = iSbox[*((unsigned char*)(State-1)+1)];
*((unsigned char*)State+2) = iSbox[*((unsigned char*)(State-2)+2)];
*((unsigned char*)State+3) = iSbox[*((unsigned char*)(State-3)+3)];
*State ^= Word[r];
State --;
}
}
/*
*--------------------------------------------
*|k0|k1|k2|k3|k4|k5|k6|k7|k8|k9|.......|Nk*4|
*--------------------------------------------
*Nr輪密鑰庫(kù)
*每個(gè)密鑰列長(zhǎng)度為Nb
*---------------------
*| k0 | k1 | k2 | k3 |
*---------------------
*| k4 | k5 | k6 | k7 |
*---------------------
*| k8 | k9 | ka | kb |
*---------------------
*| kc | kd | ke | kf |
*---------------------
*/
unsigned long* keyExpansion(byte* key, int Nb, int Nr, int Nk)
{
unsigned long *w =new unsigned long[Nb * (Nr+1)]; // 4 columns of bytes corresponds to a word
memcpy(w,key,Nk2);
unsigned long temp;
for (int c = Nk; c Nb * (Nr+1); ++c)
{
//把上一輪的最后一行放入temp
temp = w[c-1];
//判斷是不是每一輪密鑰的第一行
if (c % Nk == 0)
{
//左旋8位
temp = (temp8)|(temp24);
//查Sbox表
SubWord((byte*)temp);
temp ^= Rcon[c/Nk];
}
else if ( Nk 6 (c % Nk == 4) )
{
SubWord((byte*)temp);
}
//w[c-Nk] 為上一輪密鑰的第一行
w[c] = w[c-Nk] ^ temp;
}
return w;
}
unsigned char* SubWord(unsigned char* word)
{
word[0] = Sbox[ word[0] ];
word[1] = Sbox[ word[1] ];
word[2] = Sbox[ word[2] ];
word[3] = Sbox[ word[3] ];
return word;
}
/*
釋放AES結(jié)構(gòu)和State和密鑰庫(kù)word
*/
void freeAES(AES *aes)
{
// for(int i=0;iNb;i++)
// {
// printf("%d\n",i);
// free(aes-State[i]);
// free(aes-Word[i]);
// }
// printf("sdffd");
}
AES算法基于排列和置換運(yùn)算。排列是對(duì)數(shù)據(jù)重新進(jìn)行安排，置換是將一個(gè)數(shù)據(jù)單元替換為另一個(gè)。AES 使用幾種不同的方法來(lái)執(zhí)行排列和置換運(yùn)算。 AES是一個(gè)迭代的、對(duì)稱密鑰分組的密碼，它可以使用128、192 和 256 位密鑰，并且用 128 位（16字節(jié)）分組加密和解密數(shù)據(jù)。與公共密鑰密碼使用密鑰對(duì)不同，對(duì)稱密鑰密碼使用相同的密鑰加密和解密數(shù)據(jù)。通過(guò)分組密碼返回的加密數(shù)據(jù)的位數(shù)與輸入數(shù)據(jù)相同。迭代加密使用一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)，在該循環(huán)中重復(fù)置換和替換輸入數(shù)據(jù)。
加解密流程圖：
使用CBC模式+PKCS7 填充方式實(shí)現(xiàn)AES的加密和解密
重慶分公司
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