PCQQ2013 0828涉及到的CRC校验算法[.net

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发表于 2013-9-7 12:23:00 | 只看该作者 |只看大图|倒序浏览|阅读模式

PCQQ协议自从2012版本开始较之前有了较大改动，包括接下来我们要用到的crc32算法。如果对算法原理不甚明白，可以参考百度百科里对crc校验的解释。

CRC校验码的编码方法是用待发送的二进制数据t（x）除以生成多项式g（x），将最后的余数作为CRC校验码。其实现步骤如下：
设待发送的数据块是m位的二进制多项式t（x），生成多项式为r阶的g（x）。在数据块的末尾添加r个0，数据块的长度增加到m+r位，对应的二进制多项式为 。
用生成多项式g（x）去除 ，求得余数为阶数为r-1的二进制多项式y（x）。此二进制多项式y（x）就是t（x）经过生成多项式g（x）编码的CRC校验码。
用 以模2的方式减去y（x），得到二进制多项式 。 就是包含了CRC校验码的待发送字符串。
从CRC的编码规则可以看出，CRC编码实际上是将代发送的m位二进制多项式t（x）转换成了可以被g（x）除尽的m+r位二进制多项式，所以解码时可以用接受到的数据去除g（x），如果余数位零，则表示传输过程没有错误；如果余数不为零，则在传输过程中肯定存在错误。许多CRC的硬件解码电路就是按这种方式进行检错的。同时可以看做是由t（x）和CRC校验码的组合，所以解码时将接收到的二进制数据去掉尾部的r位数据，得到的就是原始数据。
为了更清楚的了解CRC校验码的编码过程，下面用一个简单的例子来说明CRC校验码的编码过程。由于CRC-32、CRC-16、CCITT和CRC-4的编码过程基本一致，只有位数和生成多项式不一样。为了叙述简单，用一个CRC-4编码的例子来说明CRC的编码过程。
设待发送的数据t（x）为12位的二进制数据100100011100；CRC-4的生成多项式为g（x）= ，阶数r为4，即10011。首先在t（x）的末尾添加4个0构成 ，数据块就成了1001000111000000。然后用g（x）去除，不用管商是多少，只需要求得余数y（x）。下表为给出了除法过程。
除数次数 被除数/ g（x）/结果 余数
0 1 001000111000000 100111000000
1 0011
0 000100111000000
1 1 00111000000 1000000
1 0011
0 00001000000
2 1 000000 1100
1 0011
0 001100

从上面表中可以看出，CRC编码实际上是一个循环移位的模2运算。对CRC-4，我们假设有一个5 bits的寄存器，通过反复的移位和进行CRC的除法，那么最终该寄存器中的值去掉最高一位就是我们所要求的余数。所以可以将上述步骤用下面的流程描述：
//reg是一个5 bits的寄存器
把reg中的值置0.
把原始的数据后添加r个0.
While (数据未处理完)
Begin
If (reg首位是1)
reg = reg XOR 0011.
把reg中的值左移一位，读入一个新的数据并置于register的0 bit的位置。
End
reg的后四位就是我们所要求的余数。
这种算法简单，容易实现，对任意长度生成多项式的G（x）都适用。在发送的数据不长的情况下可以使用。但是如果发送的数据块很长的话，这种方法就不太适合了。它一次只能处理一位数据，效率太低。为了提高处理效率，可以一次处理4位、8位、16位、32位。由于处理器的结构基本上都支持8位数据的处理，所以一次处理8位比较合适。
为了对优化后的算法有一种直观的了解，先将上面的算法换个角度理解一下。在上面例子中，可以将编码过程看作如下过程：
由于最后只需要余数，所以我们只看后四位。构造一个四位的寄存器reg，初值为0，数据依次移入reg0（reg的0位），同时reg3的数据移出 reg。有上面的算法可以知道，只有当移出的数据为1时，reg才和g（x）进行XOR运算；移出的数据为0时，reg不与g（x）进行XOR运算，相当与和0000进行XOR运算。就是说，reg和什么样的数据进行XOR移出的数据决定。由于只有一个bit，所以有 种选择。上述算法可以描述如下，
//reg是一个4 bits的寄存器
初始化t[]={0011,0000}
把reg中的值置0.
把原始的数据后添加r个0.
While (数据未处理完)
Begin
把reg中的值左移一位，读入一个新的数据并置于register的0 bit的位置。
reg = reg XOR t[移出的位]
End
上面算法是以bit为单位进行处理的，可以将上述算法扩展到8位，即以Byte为单位进行处理，即CRC-32。构造一个四个Byte的寄存器reg，初值为0x00000000，数据依次移入reg0（reg的0字节，以下类似），同时reg3的数据移出reg。用上面的算法类推可知，移出的数据字节决定reg和什么样的数据进行XOR。由于有8个bit，所以有 种选择。上述算法可以描述如下：
//reg是一个4 Byte的寄存器
初始化t[]＝{…}//共有 ＝256项
把reg中的值置0.
把原始的数据后添加r/8个0字节.
While (数据未处理完)
Begin
把reg中的值左移一个字节，读入一个新的字节并置于reg的第0个byte的位置。
reg = reg XOR t[移出的字节]
End
算法的依据和多项式除法性质有关。如果一个m位的多项式t（x）除以一个r阶的生成多项式g（x）， ，将每一位（0=<K<M）提出来，在后面不足R个0后，单独去除G（X），得到的余式位 quote]
以下是c#实现的crc32算法：

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点击下载完整源码：

1. ///
   
2. /// 计算或验证各种通信帧校验的工具类
   
3. ///
   
4. public class FrameCheckHelper
   
5. {
   
6. 
   
7. private ulong[] Crc32Table;
   
8. //生成CRC32码表
   
9. private void GetCRC32Table()
   
10. {
    
11. ulong Crc;
    
12. Crc32Table = new ulong[256];
    
13. int i, j;
    
14. for (i = 0; i < 256; i++)
    
15. {
    
16. Crc = (ulong)i;
    
17. for (j = 8; j > 0; j--)
    
18. {
    
19. if ((Crc & 1) == 1)
    
20. Crc = (Crc >> 1) ^ 0xEDB88320;
    
21. else
    
22. Crc >>= 1;
    
23. }
    
24. Crc32Table[i] = Crc;
    
25. }
    
26. }
    
27. 
    
28. //获取字符串的CRC32校验值
    
29. public ulong GetCrc32Long(/*string sInputString*/byte[] buffer)
    
30. {
    
31. //生成码表
    
32. GetCRC32Table();
    
33. // byte[] buffer = System.Text.ASCIIEncoding.ASCII.GetBytes(sInputString);
    
34. ulong value = 0xffffffff;
    
35. int len = buffer.Length;
    
36. for (int i = 0; i < len; i++)
    
37. {
    
38. value = (value >> 8) ^ Crc32Table[(value & 0xFF) ^ buffer[i]];
    
39. }
    
40. return value ^ 0xffffffff;
    
41. }
    
42. public byte[] GetCRCByteArray(byte[] buffer)
    
43. {
    
44. byte[] c = Util.LongToByteArray((long)GetCrc32Long(buffer));
    
45. System.Array.Reverse(c);
    
46. return c;
    
47. }
    
48. 
    
49. }

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