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介绍几种常见的校验算法

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gaosmile 发布时间:2020-6-16 20:26
UART有一个奇偶校验,CAN通信有CRC校验。Modbus、MAVlink、USB等通信协议也有校验信息。
, f: f5 }& e5 U) E& P# V* Y6 ~% E
在自定义数据存储时,有经验的工程师都会添加一定校验信息。
+ K0 G! w, f; l+ ?% C+ N0 w
你平时通信,或者数据存储时,你有用到校验信息吗?下面就介绍几种常见的校验算法。

" k* f# r/ n. B( Q) X) S7 J3 r: N
一、校验和
校验和是最基本,也是嵌入式工程师最常用的一种校验算法,其实现方法很简单,简单到只有几行代码。# h: Z0 b. X. O) D  \+ z9 b* J8 u

; r# o. y0 D; m$ B) f
实现的方式方法很多,不同的编程语言,不同的应用有所不同,下面以C语言8位校验和为例:
  1. ) v' x$ H4 B( f' T4 ^) y  G4 L, I
  2. uint8_t CheckSum(uint8_t *Buf, uint8_t Len)( O/ h4 p  B4 Z+ ~9 `" O
  3. {
    / ^6 t; y0 c! Q" j; E: H5 B6 u7 i
  4.   uint8_t i = 0;
    ) n& Z- W* |6 t5 K5 [: i
  5.   uint8_t sum = 0;: U! _( D' v; }
  6.   uint8_t checksum = 0;
    8 a/ `) z2 K. r2 W6 Y4 v
  7. 9 u# @7 W- y4 [/ v$ b4 ], R
  8.   for(i=0; i<Len; i++)
    1 H# B, E! q/ T' F& f
  9.   {/ x2 h" i' g) k; L  G- M8 f
  10.     sum += *Buf++;* s% k3 g" T: @3 U! F
  11.   }8 B0 g2 c- x8 W8 I; L( p+ c2 @
  12. ) ]& \# ?% x( @7 v& p
  13.   checksum = sum & 0xff;' E; X3 P/ U/ _* A% o$ h  x
  14. & {$ O5 o$ F0 `! n
  15.   return checksum;
    # X3 ^& e, U( u9 [9 `
  16. }0 \1 |0 {/ e3 B+ F8 F8 |' I4 K
复制代码
: m2 G" t! ~% ]9 h" m
/ ^* i3 s3 U& {; t; b0 K# ~& n: w6 X
二、异或校验
【异或校验】与【校验和】类似,对数据进行“异或”,最终得到一个“异或值”。

  1. ! K6 r2 ^/ O0 a# m/ ^- Y; |* {: N
  2. uint8_t CheckXOR(uint8_t *Buf, uint8_t Len)
    8 e. x% e0 {; B! v2 `
  3. {
    . U' R2 Z# H2 j0 k0 Q$ s! s+ W* |
  4.   uint8_t i = 0;3 r# S0 K" ~0 V$ V1 A
  5.   uint8_t x = 0;
    : {( {# y  m0 i) L  C0 ^

  6. - f& U2 ]1 Q6 l" C# Q: J  r1 Y
  7.   for(i=0; i<Len; i++)
    % E1 h1 D" E1 Z/ _
  8.   {  R/ E# l* }4 G+ w" p
  9.     x = x^(*(Buf+i));
    3 @4 y5 M& A9 K4 g/ _9 K8 g
  10.   }5 Y0 Z. O- L7 n& Y; I- t8 o9 Y" F
  11. 0 [1 L: k. w. V1 N5 w
  12.   return x;7 ]1 U" G  ^1 Z
  13. }2 W, k  T& e" h
复制代码

% Q" Q3 L* j) S& U+ l
校验和、异或校验的方式有很多种,比如有的还会传入一个参数作为异或校验的值。
8 [0 x4 o* [  _- O* T  r
当然,以上代码仅供学习参考,实际应用需结合项目情况修改代码。/ k# Q0 @% u- U3 K% Z+ Y) z( P, e
) u0 @7 F' j) J$ I% y7 X
三、CRC校验
CRC:Cyclic Redundancy Check,即循环冗余校验。

+ J) U4 v: z% L0 ~
CRC是数据通信领域中最常用的一种查错校验码,其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。循环冗余检查(CRC)是一种数据传输检错功能,对数据进行多项式计算,并将得到的结果附在帧的后面,接收设备也执行类似的算法,以保证数据传输的正确性和完整性。(来自网络)
, E5 p5 v9 L5 g( ~0 o
CRC校验属于冗余校验中的一种,大学学计算机相关专业的同学都应该学过CRC校验(学习时可能没几个同学搞明白了)

) x9 Y" P9 g3 N* O) W. ~
CRC有多种变体,比如:CRC-1、 CRC-5-USB、 CRC-8、 CRC-16、 CRC-32、 CRC-64等。其中,在嵌入式领域,CRC-16用的比较多。

" O5 b2 k' Z3 y3 R. a: }: O( |# J
常见CRC参数模型:
微信图片_20200616202246.png
+ D6 X% J( h5 }/ E1 v( J, F5 X2 B
比如一种在单片机上实现CRC16的源码:
  1. <font style="background-color:rgb(255, 255, 255)"><font face="Tahoma"><font color="black">
    # r& R' Q$ {- }; W
  2. uint8_t CRCTAB_H[256] = {/*表省略*/};
    ( N' K: X' p. S- i) \& X
  3. uint8_t CRCTAB_L[256] = {/*表省略*/};
    & n- f2 Y; ?5 y% Q" `+ J% [
  4. void CRC16(uint8_t *pData, uint8_t Len, uint8_t *CRC_H, uint8_t *CRC_L)
    - V! n) N; }4 S) c
  5. {
    5 c( l- P% H" s0 F
  6.   uint8_t  i;
    " \( Z4 K# V9 Q* g2 U5 f& F
  7.   uint8_t  index;
    7 ?( d! h6 @, H2 v; [' Y
  8.   uint8_t  crc_h = 0xFF;/ ]5 t- B9 x2 {' H
  9.   uint8_t  crc_l = 0xFF;
    + P# z) ]! x$ L
  10. : Y; k, G* u2 x. @) B2 n
  11.   for(i=0; i<Len; i++): i! X7 r5 s3 o9 `
  12.   {
    9 K4 }  h) o3 ?
  13.     index = crc_h^*(pData + i);, x7 m3 ?- n3 P% }* ]
  14.     crc_h = crc_l^CRCTAB_H[index];
    ( U& R0 v$ a, ?- B4 j4 \) l3 k; k
  15.     crc_l = CRCTAB_L[index];9 M" @) U" ]! O" W* S8 \
  16.   }
    . p* [+ X5 @" k
  17. 6 C$ [' l/ g! k( I
  18.   *CRC_H = crc_h;1 _( g8 y5 S' |5 F8 k' ~1 N& T$ e
  19.   *CRC_L = crc_l;  f$ l2 ]3 K0 r: J2 I- z' J
  20. }</font></font></font>
    * y! z  E" H( ^
复制代码
% \( I5 X( i' b2 `6 `
CRC校验不同场景实现方式不同,网上也有很多公开的库和源码,比如:
+ `# P& d# B+ F9 L( B  Y
LibCRC – C语言中的开源CRC库:
http://github.com/lammertb/libcrc

; k# H1 f: E: _; s4 ^网上还有在线计算CRC校验值以及代码生成工具,感兴趣的读者可以自行了解。

9 P0 T5 C) \+ b( n: \# W) m: v9 O5 J# M  v! S' w& r$ M
四、MD5算法
MD5:Message-Digest Algorithm 5,即“信息-摘要算法。

' P7 j+ ?7 ?/ m1 z2 m
从名字来看就知道它是从MD3、MD4发展而来的一种加密算法,其主要通过采集文件的信息摘要,以此进行计算并加密。

, E+ v" K5 `: {' [0 `/ a
通过MD5算法进行加密,文件就可以获得一个唯一的MD5值,这个值是独一无二的,就像我们的指纹一样,因此我们就可以通过文件的MD5值来确定文件是否正确,密码进行加密后也会生成MD5值,论坛就是通过MD5值来验证用户的密码是否正确的。
微信图片_20200616202250.png
MD5是输入不定长度信息,输出固定长度128-bits的算法。经过程序流程,生成四个32位数据,最后联合起来成为一个128-bits散列。基本方式为,求余、取余、调整长度、与链接变量进行循环运算。得出结果。

. A8 h; @. K, W" C
MD5的源码在网上都能找到现成的,而且有不同编程语言(C、 C++、 JAVA)版本。

. l+ O% |/ h, Z$ ?0 q
比如由网友talent518分享的C语言版本:
http://github.com/talent518/md5
  g# A+ b& d- T
五、其他算法
随着变成技术越来越发达,校验算法也越来越多,有通用的算法,也有特殊领域特定的算法。$ W; h: S9 X. k  P7 D
比如我之前做过密码相关的开发,使用了由密码管理局发布的SM3密码杂凑算法7 \, L9 z( j  o: N
还有从MD4算法改进而来的SHA-1算法(Secure Hash Algorithm 1即安全散列算法1)。
$ d5 D5 F8 I' D+ P% C5 i3 \+ C( @  H本文就分享到这里,市面上的校验算法还有很多,如有需要可进一步了解。
收藏 评论1 发布时间:2020-6-16 20:26

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1个回答
desk1983 回答时间:2020-6-16 22:37:35
6 |: X! @/ a  H+ j) N
3 }2 Q4 @# h6 c. O$ _# T# A
非常好的资料,对初学者很有帮助;
& X1 f' D9 N+ R% k& R希望楼主多多分享,赠人玫瑰,手有余香,念念不忘,必有回响;

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