sha3 python 史上最全最详细的正确实现和解释

sha3 512 hash 算法 python正确实现 ，内含各种sha3 keccak 官方文档和代码，收集和写代码花费了巨大精力，走了不少弯路 自己写代码不容易，请尊重原作者 下面给出一些实例用于检验： 哈希('')='a69f73cca23a9ac5c8b567dc185a756e97c982164fe25859e0d1dcc1475c80a615b2123af1f5f94c11e3e9402c3ac558f500199d95b6d3e301758586281dcd26' hash('123456')='64d09d9930c8ecf79e513167a588cb75439b762ce8f9b22ea59765f32aa74ca19d2f1e97dc922a3d4954594a05062917fb24d1f8e72f2ed02a58ed7534f94d27' sha3('我加密成功了')='d73ce7502406782345ff4f00133acee8eacde2fc7d6522bd6489f94c28b1e7e0837967ff36b9555e2d4eed547c7df4676f2035cd05ed0be3f79da14f9f0d1e68' 可以用 python3.6 自带 hashlib 库检验 注：代码直接运行即可

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      Author: John
      sha3 哈希加密算法，不可逆
      Keccak算法，sha家族最新算法，采用的不同于 MD（如md5） 结构的海绵结构（sponge结构），使常用于攻击 MD 结构的手段难以进行
      增强了算法安全性
      successfully!!! 任意加密均可
      FIPS 202 - SHA-3 Standard
      https://csrc.nist.gov/projects/cryptographic-standards-and-guidelines/example-values
      关于 sha3 的例子

      主要过程是：明文转换成 16 进制，再转换成 2 进制，因为 utf8 编码明文后成 16 进制形式后，明文比特数至少是 4 的倍数，所以填充明文首先加 16 进制 06
      然后，末尾加 80 中间填充 0，然后进行小端转换，再进行加密；
      加密主函数中每组明文，首轮加密前进行二维数组矩阵转置，之后进行 Round 函数加密，然后最后一轮加密后，再进行矩阵转置，相当于每组明文加密转置了两次，
      或者某种程度上可以说没转置；
      全部加密完成后，再进行小端转换得 sha3 hash 值。
      注：1、最新 sha3 加密过程，并不包含 1 字节中 高位在后，低位在前 的规则，如果非要说由此规则，那就是填充时末尾加16进制 80
          2、小端转换是 8 字节，类似于 C语言 long 类型转换
          3、假如填充完一组明文后（明文总共一组 r-8 bit 明文，那么填充后明文后，需加 16 进制 86   此处是重点*******）
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import hashlib
import binascii as ba
import math

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   A 三维空间分布如下：
   x 轴为一行（row）5 bit，y 轴为一列（column）5 bit，z 轴为一道（lane） 64 bit，xoy 面为一片（slice），yoz 面为一板（sheet），xoz 面为一面（plane）

   θ变换是将每比特附近的两列（column）的和叠加到该比特上，x和y的坐标都是模5的
   θ变换是线性的，主要是为了达到扩散效果，θ变换在所有方向上均是不变体转换，若没有θ变换，Keccak-f的轮函数将无法提供有效的扩散效果
   （扩散的意思是让每一个数据都沾染临近两列的血，对最后生成的hash值有初始明文每个字符都参与生成此hash值的感觉）
   θ变换的影响可以描述为：将三维数组A[x][y][z]中的每个比特逐位与相邻的两列（column）异或，即A[x-1][·][z]和A[x+1][·][z-1]
   θ变换
   
   *****本算法采用二维数组表示，将 z 轴一道合为一个元素，但基本思想一致
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# 模拟常量的假变量区
W = 64

‘‘‘
   步骤ρ包含一个lane（道）内部的转换（即循环道内移位），目的是为提供一个slice（片）内部的离差
   以下是移位表：x 为 x 轴 ，y 为 y 轴，表中为 z 轴数据移位位数
                      x=0  1  2   3   4
                  y=0   0 1 62 28 27
                    1  3644 6  55 20
                    2   310 43 25 39
                    3  4145 15 21  8
                    4  18 2 61 56 14
    
    下面的 ρ 步骤中，P 中 x y 与上表不同的原因，可能是 （x1y1）T=M**（-1）（xy）T
    把 （xy）T 的 M**-1 的这个函数的值--（x+3yx）T赋值给 （x1y1）T 的时候x y 相当于互换了
‘‘‘
P=[[0   36   3  41  18]
   [1   44  10  45   2]
   [62   6  43  15  61]
   [28  55  25  21  56]
   [27  20  39   8  14]]

‘‘‘
   π变换是一个在坐标（x y）上的线性操作，变换如下所示：
   变换π是一个lane上的平移，具体是移动整个道和另一个道（一维位置）的交换即各道互相交换。
   π变换其实就是调换lanes上的各元素位置，以提供长期的扩散效应，若没有这一变换，Keccak-f将展现出周期性的踪迹。
   它在GF（2）上将lanes中原来的位置通过一个2×2的矩阵变换到另一个位置上
   （00）位置不变。π在片上的操作是相互独立的，它也只是一个z轴上的不变体转换

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‘‘‘
   χ变换是Keccak-f中唯一的非线性映射，变换如下所示：
   其中“NOT”表示非运算，“AND“表示与运算
   没有χ变换，Keccak-f轮函数将变成线性。它可以被看成并行应用5w个S盒处理5-bit的各行。
   χ变换在所有方向上均是不变体转换。它的代数阶为2。这对于扩散来说至关重要。
   同时它仅用到了异或，与以及非三个简单的门操作

‘‘‘

‘‘‘
   τ变换
   τ变换很简单，就是加上一个轮常数，目的是为了破坏原有对称性，
   失去它，轮函数将仅在 z 轴方向上时不变体转换，且所有 Keccak-f 的轮变换都将无法抵抗类攻击，如滑块攻击。
   在硬件实现时，变换仅需要一些异或门和生成一些线性移位寄存器即可。
   轮常数为 RC
‘‘‘
RC = [0x0000000000000001 0x0000000000008082 0x800000000000808A 0x8000000080008000 0x000000000000808B
      0x0000000080000001 0x8000000080008081 0x8000000000008009 0x000000000000008A 0x0000000000000088
      0x0000000080008009 0x000000008000000A 0x000000008000808B 0x800000000000008B 0x8000000000008089
      0x8000000000008003 0x8000000000008002 0x8000000000000080 0x000000000000

 属性            大小     日期    时间   名称
----------- ---------  ---------- -----  ----

     文件       3159  2015-09-23 20:44  收集\CompactFIPS202-test.py

     文件       3890  2015-09-23 20:51  收集\CompactFIPS202.py

     文件        694  2018-05-16 13:57  收集\demo_KeccakF.py

     文件       3278  2015-08-11 00:04  收集\demo_TestVectors.py

     文件      14479  2018-05-18 00:07  收集\Keccak.py

     文件       6352  2015-10-15 20:42  收集\ReadMe.txt

     文件     596468  2018-05-16 00:34  收集\sha3\Keccak-implementation-3.1.pdf

     文件    1459683  2018-05-17 00:13  收集\sha3\NIST.FIPS.202.pdf

     文件     197021  2018-05-17 00:28  收集\sha3\SHA3-512_1600.pdf

     文件     197740  2018-05-17 00:28  收集\sha3\SHA3-512_1605.pdf

     文件     197963  2018-05-17 00:28  收集\sha3\SHA3-512_1630.pdf

     文件      74681  2018-05-17 00:28  收集\sha3\SHA3-512_Msg0.pdf

     文件      74781  2018-05-17 00:28  收集\sha3\SHA3-512_Msg30.pdf

     文件      74897  2018-05-17 00:28  收集\sha3\SHA3-512_Msg5.pdf

     文件        322  2018-05-17 18:38  收集\sha3.py

     文件          0  2018-05-16 13:58  收集\__init__.py

     文件      17584  2018-06-06 17:31  sha3.py

     目录          0  2018-06-06 18:47  收集\sha3

     目录          0  2018-06-06 18:49  收集

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