16字节无符号字符数组作为数字？

Question

我正在使用 128 位密钥进行一些加密，这需要使用 16 字节数据块，我将其存储为 16 字节无符号字符数组。

unsigned char nonce_counter[16] = "xCv6Jk0neeV5GoSZ";

我经常需要将值视为一个数字来进行一些数学运算，但我似乎找不到一种安全的方法来对值进行类型转换。

如何将 16 字节的值转换为数值数据类型？

具体来说，我需要使用按位异或 A^B 并递增 A++。

我知道我可以做显而易见的事情并使用 for 循环并独立处理数组的每个元素，但我担心这样做会降低效率。

我的系统不支持__uint128_t。

Answer 1

如果您使用 gcc，您可以使用 __uint128_t 指针并通过它修改数组：

unsigned char nonce_counter[16] = "xCv6Jk0neeV5GoSZ";
__uint128_t* A = (__uint128_t*)nonce_counter;

*A += 1;
*A ^= *B;

Answer 2

如何将 16 字节的值转换为数值数据类型？
我的系统不支持 __uint128_t。

如果编译器不支持128位类型，那么就没有数值数据类型的解决方案。

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一个有用的替代方法是union。

避免将字符数组指针转换为更宽整数的指针。它可能会导致对齐错误（总线故障）。

对于这种类型的应用程序，使用uint8_t 而不是unsigned char 更清楚。

#include <stdint.h>
typedef union {
  uint8_t u8[16];
  uint64_t u64[2];
} my_uint128;

像下面这样的代码需要解决字节序问题。

void foo() {
  my_uint128 nonce_counter = { .u8 =  "xCv6Jk0neeV5GoSZ"};
  btoh_128(&nonce_counter); // this would be a no-op on a BE machine
  ...

^ 是字节序安全的。

inline my_uint128 xor_128(my_uint128 a, my_uint128 b) {
  return (my_uint128) { .u64[0] = a.u64[0] ^ b.u64[0], .u64[1] = a.u64[1] ^ b.u64[1]};
}

增量需要更多的工作。 LSB_128 根据字节序定义为 0 或 1。

inline my_uint128 inc_128(my_uint128 a) {
  if (++a.u64[LS_128] == 0) { 
    ++a.u64[MS_128]
  }
  return a;
}

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我担心这样做会降低效率。

在放弃此方法之前尝试上述方法并验证效率损失。给你的编译器一个优化的机会。

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uint64_t u64[2]; 和 LS_128 的替代方案是 struct { uint64_t ms,ls; };，ls, ms 按照平台的字节序排序。

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这种方法的一个优点是union 可以包含uint128_t 成员（如果支持）。然后各种例程可以直接使用 128 位数学而不更改调用代码。