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2022/12/07/wiki-os-dev-org-crc32
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CRC32 是一种校验和/散列算法,在内核和 Internet 校验和中非常常用。它与 MD5 校验和算法非常相似。
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Dec 10, 2022 01:33 AM
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CRC32 是一种校验和/散列算法,在内核和 Internet 校验和中非常常用。它与 MD5 校验和算法非常相似。

1 基本算法

从 32 位校验和开始,所有位都被置为1 (0xffffffff)。这有助于为 “0” 字节的输入字符串提供 0 以外的输出值。
在一个循环中:
  • 根据下一条输入数据(通常是一个字节)和前一个CRC值的低 N 位(其中N是您正在操作的数据的大小——通常是 8 位字节)异或的结果,在表中查找“多项式”(实际上只是一个 32 位值)。
  • 将先前的 32 位 CRC 值向下移动 N 位。
  • 将“多项式”与移位后的 CRC 值进行异或运算以产生新值。
循环结束后,将计算出的 CRC 值与 0xffffffff 进行异或运算(这等同于对 CRC 值执行二进制非运算)。最终得到 CRC32 计算结果。

2 构建查找表

这是一个比实际计算校验和本身更复杂的过程。
要构建一个具有 256 条目(字节)的查找表,应采用 8 位索引并位反射该字节中的所有位。将其移至 32 位变量的高 8 位。遍历这 8 位。如果设置了最高(符号)位,则将 uint32_t 向上移动一位并将其与魔法值 0x04C11DB7 进行异或运算。否则只需将 uint32_t 向上移动一位。然后重复。当循环完成时,整个 uint32_t 的位反射已经完成。这是表中的值。
或者,您可以通过这种方式简单地避免位反射:获取 8 位索引并将其转换为 32 位变量。循环低位字节。如果最低有效位 (0x00000001) 已设置,则将 uint32_t 向下移动一位并将其与值 0xEDB88320(即 0x04C11DB7 位反射)进行异或运算。否则只需将其向下移动一位。然后重复。当循环完成时,最终的uint32_t 就是表中的值。

3 Example Code

// calculate a checksum on a buffer -- start address = p, length = bytelength uint32_t crc32_byte(uint8_t *p, uint32_t bytelength) { uint32_t crc = 0xffffffff; while (bytelength-- !=0) crc = poly8_lookup[((uint8_t) crc ^ *(p++))] ^ (crc >> 8); // return (~crc); also works return (crc ^ 0xffffffff); }   //Fill the lookup table -- table = the lookup table base address void crc32_fill(uint32_t *table){ uint8_t index=0,z; do{ table[index]=index; for(z=8;z;z--) table[index]=(table[index]&1)?(table[index]>>1)^0xEDB88320:table[index]>>1; }while(++index); }   uint32_t poly8_lookup[256] = { 0, 0x77073096, 0xEE0E612C, 0x990951BA, 0x076DC419, 0x706AF48F, 0xE963A535, 0x9E6495A3, 0x0EDB8832, 0x79DCB8A4, 0xE0D5E91E, 0x97D2D988, 0x09B64C2B, 0x7EB17CBD, 0xE7B82D07, 0x90BF1D91, 0x1DB71064, 0x6AB020F2, 0xF3B97148, 0x84BE41DE, 0x1ADAD47D, 0x6DDDE4EB, 0xF4D4B551, 0x83D385C7, 0x136C9856, 0x646BA8C0, 0xFD62F97A, 0x8A65C9EC, 0x14015C4F, 0x63066CD9, 0xFA0F3D63, 0x8D080DF5, 0x3B6E20C8, 0x4C69105E, 0xD56041E4, 0xA2677172, 0x3C03E4D1, 0x4B04D447, 0xD20D85FD, 0xA50AB56B, 0x35B5A8FA, 0x42B2986C, 0xDBBBC9D6, 0xACBCF940, 0x32D86CE3, 0x45DF5C75, 0xDCD60DCF, 0xABD13D59, 0x26D930AC, 0x51DE003A, 0xC8D75180, 0xBFD06116, 0x21B4F4B5, 0x56B3C423, 0xCFBA9599, 0xB8BDA50F, 0x2802B89E, 0x5F058808, 0xC60CD9B2, 0xB10BE924, 0x2F6F7C87, 0x58684C11, 0xC1611DAB, 0xB6662D3D, 0x76DC4190, 0x01DB7106, 0x98D220BC, 0xEFD5102A, 0x71B18589, 0x06B6B51F, 0x9FBFE4A5, 0xE8B8D433, 0x7807C9A2, 0x0F00F934, 0x9609A88E, 0xE10E9818, 0x7F6A0DBB, 0x086D3D2D, 0x91646C97, 0xE6635C01, 0x6B6B51F4, 0x1C6C6162, 0x856530D8, 0xF262004E, 0x6C0695ED, 0x1B01A57B, 0x8208F4C1, 0xF50FC457, 0x65B0D9C6, 0x12B7E950, 0x8BBEB8EA, 0xFCB9887C, 0x62DD1DDF, 0x15DA2D49, 0x8CD37CF3, 0xFBD44C65, 0x4DB26158, 0x3AB551CE, 0xA3BC0074, 0xD4BB30E2, 0x4ADFA541, 0x3DD895D7, 0xA4D1C46D, 0xD3D6F4FB, 0x4369E96A, 0x346ED9FC, 0xAD678846, 0xDA60B8D0, 0x44042D73, 0x33031DE5, 0xAA0A4C5F, 0xDD0D7CC9, 0x5005713C, 0x270241AA, 0xBE0B1010, 0xC90C2086, 0x5768B525, 0x206F85B3, 0xB966D409, 0xCE61E49F, 0x5EDEF90E, 0x29D9C998, 0xB0D09822, 0xC7D7A8B4, 0x59B33D17, 0x2EB40D81, 0xB7BD5C3B, 0xC0BA6CAD, 0xEDB88320, 0x9ABFB3B6, 0x03B6E20C, 0x74B1D29A, 0xEAD54739, 0x9DD277AF, 0x04DB2615, 0x73DC1683, 0xE3630B12, 0x94643B84, 0x0D6D6A3E, 0x7A6A5AA8, 0xE40ECF0B, 0x9309FF9D, 0x0A00AE27, 0x7D079EB1, 0xF00F9344, 0x8708A3D2, 0x1E01F268, 0x6906C2FE, 0xF762575D, 0x806567CB, 0x196C3671, 0x6E6B06E7, 0xFED41B76, 0x89D32BE0, 0x10DA7A5A, 0x67DD4ACC, 0xF9B9DF6F, 0x8EBEEFF9, 0x17B7BE43, 0x60B08ED5, 0xD6D6A3E8, 0xA1D1937E, 0x38D8C2C4, 0x4FDFF252, 0xD1BB67F1, 0xA6BC5767, 0x3FB506DD, 0x48B2364B, 0xD80D2BDA, 0xAF0A1B4C, 0x36034AF6, 0x41047A60, 0xDF60EFC3, 0xA867DF55, 0x316E8EEF, 0x4669BE79, 0xCB61B38C, 0xBC66831A, 0x256FD2A0, 0x5268E236, 0xCC0C7795, 0xBB0B4703, 0x220216B9, 0x5505262F, 0xC5BA3BBE, 0xB2BD0B28, 0x2BB45A92, 0x5CB36A04, 0xC2D7FFA7, 0xB5D0CF31, 0x2CD99E8B, 0x5BDEAE1D, 0x9B64C2B0, 0xEC63F226, 0x756AA39C, 0x026D930A, 0x9C0906A9, 0xEB0E363F, 0x72076785, 0x05005713, 0x95BF4A82, 0xE2B87A14, 0x7BB12BAE, 0x0CB61B38, 0x92D28E9B, 0xE5D5BE0D, 0x7CDCEFB7, 0x0BDBDF21, 0x86D3D2D4, 0xF1D4E242, 0x68DDB3F8, 0x1FDA836E, 0x81BE16CD, 0xF6B9265B, 0x6FB077E1, 0x18B74777, 0x88085AE6, 0xFF0F6A70, 0x66063BCA, 0x11010B5C, 0x8F659EFF, 0xF862AE69, 0x616BFFD3, 0x166CCF45, 0xA00AE278, 0xD70DD2EE, 0x4E048354, 0x3903B3C2, 0xA7672661, 0xD06016F7, 0x4969474D, 0x3E6E77DB, 0xAED16A4A, 0xD9D65ADC, 0x40DF0B66, 0x37D83BF0, 0xA9BCAE53, 0xDEBB9EC5, 0x47B2CF7F, 0x30B5FFE9, 0xBDBDF21C, 0xCABAC28A, 0x53B39330, 0x24B4A3A6, 0xBAD03605, 0xCDD70693, 0x54DE5729, 0x23D967BF, 0xB3667A2E, 0xC4614AB8, 0x5D681B02, 0x2A6F2B94, 0xB40BBE37, 0xC30C8EA1, 0x5A05DF1B, 0x2D02EF8D };
; Note: _poly8_lookup is the symbolic address of the same table from the above example ; Note2: to append to a precalculated crc, NOT the crc, then call asm_partial_crc32_byte ; 通过对下面的代码的分析、我们能看到函数将第一个参数的值存放至 esi ,第二个参数的值存放至 ecx asm_crc32_byte: mov eax, 0xffffffff ; eax is running crc value asm_partial_crc32_byte: ; entrypoint if modifying a precalculated crc push esi push ecx push ebx push edx mov ebx, _poly8_lookup ; addy of crc table xor edx, edx ; 将 edx 置为0 jecxz crcb_don ; Jump short if ECX register is 0 crc_bl1: mov dl, al ; dx is the low byte of crc xor dl, [esi] ; xor it with "*p" ;此处 *p 是第一个参数、为什么是 esi 还不清楚 inc esi ; ++ shr eax, 8 ; high 3 bytes of crc for xor xor eax, [ebx+edx*4] ; xor it with the polytable ;查找表里面一个值的大小是 32位,即 4 个字节 loop crc_bl1 ; decrement ecx and loop ;递减 ecx 和循环   crcb_don: not eax ; finally, flip all the crc bits pop edx pop ebx pop ecx pop esi ret
此处是对构建查找表的第一种方法的汇编代码实现(我还没看懂😂)
; function input values: esi points to a 256 entry bit reflection table, aligned on a 256 byte boundary build_16b_crc_tbl: mov cx, 0xffff ; 16 位 mov edi, Tbl_End ; store going down from Tbl_End ;从 Tbl_End 向下存储 .crc_tbll: mov ebx, esi xor eax, eax mov bl, cl ; 取低 8 位的 cl -> bl ebx -> **** **cl mov al, [ebx] ; bit-reflect the two input bytes ;位反映两个输入字节 mov bl, ch ; 取高 8 位的 bl -> bl ebx -> **** **bl mov ah, [ebx] ; 位反映两个输入字节 bswap eax ; and then put them at upper end of register ;BSWAP swaps bytes of its operand. For example, 即进行大小端切换   mov dl, 16 ; loop over all 16 bits in upper eax .crc_bitl: shl eax, 1 jnc .crc_nply xor eax, 0x04C11DB7 ; if sign bit was set, xor eax with the "poly" .crc_nply: dec dl jg short .crc_bitl   mov ebx, esi mov bl, ah mov ah, [ebx] ; lastly, bit-reflect the value in eax mov bl, al mov al, [ebx] ; start with ax bswap eax mov bl, ah ; bswap to put the bytes in the right place, and do ax again mov ah, [ebx] mov bl, al mov al, [ebx] lea edi, [edi - 4] mov [edi], eax ; store next crc in the CRC32 lookup table dec ecx jge short .crc_tbll ; loop until ecx goes negative ret

4 See Also

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