【密码学】一文读懂MurMurHash2

简介: 上次我们聊过了一代的MurMurHash算法,是的,我又来水文章了,今天呢,接着来聊一下二代的MurMurHash算法,二代算法的整体结构实际上和一代算法差不太多,只是对于每一轮数据的处理过程当中的运算有一些差异,算法的来源依然是来自于Google官网给提供的源码,对着源码看的结构,对于这个算法呢,有两个版本,一个是32位的,一个是64位的,对于32位的算法和64位的算法,区别在于两个初始的魔数不同,整体运算过程还是十分相似的。

【密码学】一文读懂MurMurHash2


YXDGY[6I7JLU}U7U~W[L)]A.jpg

上次我们聊过了一代的MurMurHash算法,是的,我又来水文章了,今天呢,接着来聊一下二代的MurMurHash算法,二代算法的整体结构实际上和一代算法差不太多,只是对于每一轮数据的处理过程当中的运算有一些差异,算法的来源依然是来自于Google官网给提供的源码,对着源码看的结构,对于这个算法呢,有两个版本,一个是32位的,一个是64位的,对于32位的算法和64位的算法,区别在于两个初始的魔数不同,整体运算过程还是十分相似的。


原始代码

先贴一下原汁原味的代码。

32位哈希算法

#include <iostream>
//-----------------------------------------------------------------------------
// MurmurHash2, by Austin Appleby
// Note - This code makes a few assumptions about how your machine behaves -
// 1. We can read a 4-byte value from any address without crashing
// 2. sizeof(int) == 4
// And it has a few limitations -
// 1. It will not work incrementally.
// 2. It will not produce the same results on little-endian and big-endian
//    machines.
// code from: https://sites.google.com/site/murmurhash/
unsigned int MurmurHash2(const void *key, int len, unsigned int seed) {
    // 'm' and 'r' are mixing constants generated offline.
    // They're not really 'magic', they just happen to work well.
    const unsigned int m = 0x5bd1e995;
    const int r = 24;
    // Initialize the hash to a 'random' value
    unsigned int h = seed ^ len;
    // Mix 4 bytes at a time into the hash
    const unsigned char *data = (const unsigned char *) key;
    while (len >= 4) {
        unsigned int k = *(unsigned int *) data;
        k *= m;
        k ^= k >> r;
        k *= m;
        h *= m;
        h ^= k;
        data += 4;
        len -= 4;
    }
    // Handle the last few bytes of the input array
    switch (len) {
        case 3:
            h ^= data[2] << 16;
        case 2:
            h ^= data[1] << 8;
        case 1:
            h ^= data[0];
            h *= m;
    };
    // Do a few final mixes of the hash to ensure the last few
    // bytes are well-incorporated.
    h ^= h >> 13;
    h *= m;
    h ^= h >> 15;
    return h;
}

64位哈希算法

//-----------------------------------------------------------------------------
// MurmurHash2, 64-bit versions, by Austin Appleby
// The same caveats as 32-bit MurmurHash2 apply here - beware of alignment
// and endian-ness issues if used across multiple platforms.
// 64-bit hash for 64-bit platforms
// code from: https://sites.google.com/site/murmurhash/
#include <iostream>
uint64_t MurmurHash64A(const void *key, int len, unsigned int seed) {
    const uint64_t m = 0xc6a4a7935bd1e995;
    const int r = 47;
    uint64_t h = seed ^ (len * m);
    const uint64_t *data = (const uint64_t *) key;
    const uint64_t *end = data + (len / 8);
    while (data != end) {
        uint64_t k = *data++;
        k *= m;
        k ^= k >> r;
        k *= m;
        h ^= k;
        h *= m;
    }
    const unsigned char *data2 = (const unsigned char *) data;
    switch (len & 7) {
        case 7:
            h ^= uint64_t(data2[6]) << 48;
        case 6:
            h ^= uint64_t(data2[5]) << 40;
        case 5:
            h ^= uint64_t(data2[4]) << 32;
        case 4:
            h ^= uint64_t(data2[3]) << 24;
        case 3:
            h ^= uint64_t(data2[2]) << 16;
        case 2:
            h ^= uint64_t(data2[1]) << 8;
        case 1:
            h ^= uint64_t(data2[0]);
            h *= m;
    };
    h ^= h >> r;
    h *= m;
    h ^= h >> r;
    return h;
}
// 64-bit hash for 32-bit platforms
uint64_t MurmurHash64B(const void *key, int len, unsigned int seed) {
    const unsigned int m = 0x5bd1e995;
    const int r = 24;
    unsigned int h1 = seed ^ len;
    unsigned int h2 = 0;
    const unsigned int *data = (const unsigned int *) key;
    while (len >= 8) {
        unsigned int k1 = *data++;
        k1 *= m;
        k1 ^= k1 >> r;
        k1 *= m;
        h1 *= m;
        h1 ^= k1;
        len -= 4;
        unsigned int k2 = *data++;
        k2 *= m;
        k2 ^= k2 >> r;
        k2 *= m;
        h2 *= m;
        h2 ^= k2;
        len -= 4;
    }
    if (len >= 4) {
        unsigned int k1 = *data++;
        k1 *= m;
        k1 ^= k1 >> r;
        k1 *= m;
        h1 *= m;
        h1 ^= k1;
        len -= 4;
    }
    switch (len) {
        case 3:
            h2 ^= ((unsigned char *) data)[2] << 16;
        case 2:
            h2 ^= ((unsigned char *) data)[1] << 8;
        case 1:
            h2 ^= ((unsigned char *) data)[0];
            h2 *= m;
    }
    h1 ^= h2 >> 18;
    h1 *= m;
    h2 ^= h1 >> 22;
    h2 *= m;
    h1 ^= h2 >> 17;
    h1 *= m;
    h2 ^= h1 >> 19;
    h2 *= m;
    uint64_t h = h1;
    h = (h << 32) | h2;
    return h;
}

如果读者看过前面讲过的一代的算法,那么对于二代算法来说,理解起来应该不算太难。


算法结构

这里,只画一个32位算法的图了,任性的偷懒一把。

9{(_6_L9O2CJI3$N0}PSNPT.pngMurMurHash

通过对比可以发现,这个实际上和一代的算法的整体结构是几乎一样的,只是哈希函数,和操作略有不同。


代码实现

Rust

还是用熟悉的语言,先用rust写一下吧。

use std::convert::TryInto;
fn murmurhash2(key: &[u8], seed: u32) -> u32 {
    let m = 0x5bd1e995;
    let r = 24;
    let len = key.len() as u32;
    let mut h = seed ^ len;
    let remain = len % 4;
    let mut offset = len;
    if remain > 0 {
        offset = len - remain;
    }
    let data = key[..(offset as usize)].chunks(4).map(|it| u32::from_le_bytes(it.try_into().unwrap())).collect::<Vec<u32>>();
    for k in data {
        let mut k = k;
        k = k.wrapping_mul(m);
        k ^= k >> r;
        k = k.wrapping_mul(m);
        h = h.wrapping_mul(m);
        h ^= k;
    }
    let shift_table = [0, 8, 16];
    while offset < len {
        h ^= (key[offset as usize] as u32).wrapping_shl(shift_table[(len - offset - 1) as usize]);
        offset += 1;
        if (len - offset) == 0 {
            h = h.wrapping_mul(m);
        }
    }
    // Do a few final mixes of the hash to ensure the last few
    // bytes are well-incorporated.
    h ^= h >> 13;
    h = h.wrapping_mul(m);
    h ^= h >> 15;
    h
}
fn murmurhash2_64a(key: &[u8], seed: u64) -> u64 {
    let m = 0xc6a4a7935bd1e995u64;
    let r = 47;
    let len = key.len() as u64;
    let mut h = seed ^ (len.wrapping_mul(m));
    let mut remain = len % 8;
    let mut offset = len;
    if remain > 0 {
        offset = len - remain;
    }
    let data = key[..(offset as usize)].chunks(8).map(|it| u64::from_le_bytes(it.try_into().unwrap())).collect::<Vec<u64>>();
    for k in data {
        let mut k = k;
        k = k.wrapping_mul(m);
        k ^= k >> r;
        k = k.wrapping_mul(m);
        h ^= k;
        h = h.wrapping_mul(m);
    }
    let shift_table = [0, 8, 16, 24, 32, 40, 48];
    while remain > 0 {
        h ^= (key[(len - (7 - remain)) as usize] as u64).wrapping_shl(shift_table[(remain - 1) as usize]);
        remain -= 1;
        if remain == 0 {
            h = h.wrapping_mul(m);
        }
    }
    // Do a few final mixes of the hash to ensure the last few
    // bytes are well-incorporated.
    h ^= h >> r;
    h = h.wrapping_mul(m);
    h ^= h >> r;
    h
}

Go

这里打算学一下go,然后这也用go来写一下,咋写咋感觉写的一股c味。

func murmurhash2(key []byte, seed uint32) uint32 {
  m := uint32(0x5bd1e995)
  r := 24
  keyLen := uint32(len(key))
  h := seed ^ keyLen
  offset := 0
  e := binary.LittleEndian
  for keyLen >= 4 {
    k := e.Uint32(key[offset : offset+4])
    k *= m
    k ^= k >> r
    k *= m
    h *= m
    h ^= k
    offset += 4
    keyLen -= 4
  }
  switch keyLen {
  case 3:
    h ^= uint32(key[offset+2]) << 16
    fallthrough
  case 2:
    h ^= uint32(key[offset+1]) << 8
    fallthrough
  case 1:
    h ^= uint32(key[offset])
    h *= m
  }
  h ^= h >> 13
  h *= m
  h ^= h >> 15
  return h
}
func murmurhash264a(key []byte, seed uint32) uint64 {
  m := uint64(0xc6a4a7935bd1e995)
  r := 47
  keyLen := uint64(len(key))
  h := uint64(seed) ^ (keyLen * m)
  offset := 0
  e := binary.LittleEndian
  for keyLen >= 8 {
    k := e.Uint64(key[offset : offset+8])
    fmt.Println(k)
    k *= m
    k ^= k >> r
    k *= m
    h ^= k
    h *= m
    offset += 8
    keyLen -= 8
  }
  switch keyLen {
  case 7:
    h ^= uint64(key[offset+6]) << 48
    fallthrough
  case 6:
    h ^= uint64(key[offset+5]) << 40
    fallthrough
  case 5:
    h ^= uint64(key[offset+4]) << 32
    fallthrough
  case 4:
    h ^= uint64(key[offset+3]) << 24
    fallthrough
  case 3:
    h ^= uint64(key[offset+2]) << 16
    fallthrough
  case 2:
    h ^= uint64(key[offset+1]) << 8
    fallthrough
  case 1:
    h ^= uint64(key[offset])
    h *= m
  }
  h ^= h >> r
  h *= m
  h ^= h >> r
  return h
}


小结

对于非密码学安全的哈希算法来说,这个实际上是比密码学安全的哈希过程要简单不少的,因为不需要保证一些安全特性,比如今天所讲解的MurMurHash对数据的处理只有一轮,处理完就结束了。

相关文章
|
存储 Rust 并行计算
【密码学】一文读懂XTS模式
这篇文章的灵感来源于我偶然翻到的一个某U盘有关磁盘加密的一个介绍(这一篇不是广告蛤), 然后发现这个模式我之前还真没遇到过,因此呢,就学习了一下,就出来了这一篇文章。
5266 0
【密码学】一文读懂XTS模式
|
Rust 算法 网络安全
【密码学】一文读懂CMAC
介于上一篇文章比较水,然后这个和上一篇也比较相似,CMAC是为了解决DAA当中安全性不足的问题而出现的,这个算法一共有三个密钥,K, K1, K2, 其中K1和K2可以由K导出,接下来就来一起看一下CMAC的具体过程吧,这一篇文章其实也不长。
3786 0
【密码学】一文读懂CMAC
|
Rust 算法 Go
【密码学】一文读懂MurMurHash3
本文应该是MurMurHash算法介绍的最后一篇,来一起看一下最新的MurMurHash算法的具体过程,对于最新的算法来说,整个流程和之前的其实也比较相似,这里从维基百科当中找到了伪代码,也就不贴出来Google官方给出的推荐代码了,先来看一下维基百科给出的伪代码,这里只有32位的伪代码。
2191 0
【密码学】一文读懂MurMurHash3
|
算法 数据安全/隐私保护
【密码学】一文读懂Whirlpool
首先呢,祝大家今晚节日快乐,Whirlpool是由Vincent Rijmen(高级加密标准的联合创始人)和Paulo S.L.M.Barreto设计的,后者于2000年首次提出了它。
1119 0
【密码学】一文读懂Whirlpool
|
Web App开发 Rust 算法
【密码学】一文读懂ChaCha20
好久没写新的加密算法的原理了, 这次所选取的加密算法结构比较简单, 一起来看一下吧。
7809 0
【密码学】一文读懂ChaCha20
|
Rust 算法 数据安全/隐私保护
【密码学】一文读懂XTEA加密
本篇文章,我们来看一下上一次讲过的TEA加密算法的一个升级版XTEA, 相比于TEA, XTEA的安全性显然是更高的,其中的过程要比TEA稍微复杂一点点。
1285 0
【密码学】一文读懂XTEA加密
|
算法 安全 Go
【密码学】一文读懂HKDF
我这又来水一篇文章,来聊一下HKDF(基于HMAC的密钥导出函数)。密钥派生函数是密钥管理的组成部分,他的目标是通过一些初始的数据派生出来密码学安全的随机密钥。
3120 1
【密码学】一文读懂HKDF
|
存储 安全 算法
为什么人人都要懂点密码学
人类进入二十一世纪以来,随着计算机和移动设备的普及高速发展,我们的社会已经高度信息化,为了防止信息被窃取、修改,就需要对信息的存储、传递进行加密处理,而加密就需要使用到加密算法,解密需要使用密码才可以看到原文。
236 1
|
算法 搜索推荐 安全
【密码学】一文读懂CCM
本文简单介绍了CCM模式下的认证和加密机制,实际上这个是AES-CTR模式和CMAC的一个组合,如果理解了前面这两个,本文应该还是比较好理解的。
3417 0
【密码学】一文读懂CCM
|
Rust NoSQL 算法
【密码学】一文读懂SipHash
在redis的源码当中也有给出siphash(https://github.com/redis/redis/blob/unstable/src/siphash.c)的实现,这里直接给出链接,不贴出来具体的代码了,接下来,我们来看一下这个算法具体的结构。
1662 0
【密码学】一文读懂SipHash