POCO C++库学习和分析 --  随机数和数字摘要

           在程序设计时，有时候我们需要生成随机数和数字摘要。在Poco库中，也提供了上述功能，下面我们一一叙述：

1. 随机数生成

           Poco中生成随机数的类为Poco::Random类。它根据PRNG(pseudo random number generator )算法设计，采用了一个累加的非线性反馈算法。PRNG算法可以产生0 ~ 2^31之间的随机数整数。
           在接口上Poco::Random提供了一些函数，可以使使用者直接得到其他形式的随机数。如char, bool, float 和 double 类型。另外Poco库中还提供了RandomInputStream类，用于Poco::Random类的流操作。


成员函数：
           1. void seed(Poco::UInt32 seed)
           根据给定的种子值生成随机数。

           2. void seed()
           使用任意值(从RandomInputStream类中获取)生成随机数。

           3. 默认的构造时，Poco::Random类采用当前的时间和日期生成随机数。如果想要更好的随机效果，需要显式的调用seed()方法

           4. UInt32 next()
           返回0 ~ 2^31之间的随机整数

           5. UInt32 next(UInt32 n)
           返回0 ~ n之间的随机整数

           6. char nextChar()
           返回随机Char值

           7. bool nextBool()
           返回随机bool值

           8. float nextFloat()
           返回随机float值，范围0 ~ 1

           9. double nextDouble()
           返回随机double值，范围0 ~ 1


           下面是关于Random的一个例子：

#include "Poco/Random.h"#include "Poco/RandomStream.h"#include <iostream>using Poco::Random;using Poco::RandomInputStream;int main(int argc, char** argv){Random rnd;rnd.seed();std::cout << "Random integer: " << rnd.next() << std::endl;std::cout << "Random digit: " << rnd.next(10) << std::endl;std::cout << "Random char: " << rnd.nextChar() << std::endl;std::cout << "Random bool: " << rnd.nextBool() << std::endl;std::cout << "Random double: " << rnd.nextDouble() << std::endl;RandomInputStream ri;std::string rs;ri >> rs;return 0;}

2. 密码散列

           下面这段是Wiki上关于密码散列的介绍：
           A cryptographic hash function is a hash function with certain additional security properties to make it suitable for use as a primitive in various information security applications, such as authentication and message integrity. A hash function takes a long string (or message) of any length as input and produces a fixed length string as output, sometimes termed a message digest or a digital fingerprint. Wikipedia

2.1 概述

           密码散列（cryptographic hash）是将目标文本转换成具有相同长度的、不可逆的杂凑字符串（或叫做消息摘要）。它有两个特点：
           1、哈希算法往往被设计成生成具有相同长度的文本
           2、哈希算法是不可逆的。(因为如果可逆，那么哈希就是世界上最强悍的压缩方式——能将任意大小的文件压缩成固定大小)

           密码散列是一个多对一映射，好的哈希算法应该对于输入的改变极其敏感。Poco中实现了被广泛使用的密码散列函数(cryptographic hash functions), 包括了MD4, MD5和SHA1。另外还提供了HMACEngine类实现了HMAC功能。HMAC全称为Hash-based Message Authentication Code,HMAC运算利用哈希算法，以一个密钥和一个消息为输入，生成一个消息摘要作为输出。

2.2 DigestEngine类

           Poco::DigestEngine类为所有的消息摘要类定义了通用接口。
           1. unsigned digestLength()
           用于获取不同消息摘要算法生成消息摘要的长度。
           2. const Digest& digest()
           获取消息摘要内容
           3. update(const void* data, unsigned length)
           更新消息摘要内容


让我们来看一下DigestEngine类的类图。

下面是Poco中相关类的一些例子：

#include "Poco/HMACEngine.h"#include "Poco/SHA1Engine.h"using Poco::DigestEngine;using Poco::HMACEngine;using Poco::SHA1Engine;int main(int argc, char** argv){std::string message1("This is a top-secret message.");std::string message2("Don't tell anyone!");std::string passphrase("s3cr3t"); // HMAC needs a passphraseHMACEngine<SHA1Engine> hmac(passphrase); // we'll compute a HMAC-SHA1hmac.update(message1);hmac.update(message2);const DigestEngine::Digest& digest = hmac.digest();// finish HMAC computation and obtain digeststd::string digestString(DigestEngine::digestToHex(digest));// convert to a string of hexadecimal numbersreturn 0;}

2.3 与DigestEngine类相关的流(DigestInputStream/DigestOutputStream)

           可以通过Poco::DigestInputStream和Poco::DigestOutputStream类对DigestEngine类进行输入输出操作。过程很简单，只要在在构造Stream时，把相关的DigestEngine类传入即可。需要注意的是，在向DigestOutputStream类写入后，要及时调用flush函数，以确保Stream把所有数据都输入进DigestEngine类。

           下面是相关的一个例子：

#include "Poco/DigestStream.h"#include "Poco/MD5Engine.h"using Poco::DigestOutputStream;using Poco::DigestEngine;using Poco::MD5Engine;int main(int argc, char** argv){MD5Engine md5;DigestOutputStream ostr(md5);ostr << "This is some text";ostr.flush(); // Ensure everything gets passed to the digest engineconst DigestEngine::Digest& digest = md5.digest(); // obtain resultstd::string result = DigestEngine::digestToHex(digest);return 0;}

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