我无法理解struct指针和XOR的这种行为

2023年7月15日 126次阅读

我第一次使用struct指针,我似乎无法弄清楚这里发生了什么.我的测试应用xor的基本属性,即x ^ y ^ y = x,但不是在C？

下面的代码在我的主程序中,并准确地恢复所有“测试”字母(我继续在屏幕上打印,但我省略了很多垃圾,以便将这个问题保持简短(呃)).结构“aes”指的是这个定义：

typedef uint32_t word;

struct aes {

word iv[4];
word key[8];
word state[4];
word schedule[56];

};

正如上下文所暗示的那样,封装项目是AES实现(我试图通过尝试新技术来加速我当前的实现).

在我的测试中,make_string和make_state可靠地工作,即使在有问题的函数中,但是为了参考：

void make_string (word in[], char out[]) {

for (int i = 0; i < 4; i++) {

    out[(i * 4) + 0] = (char) (in[i] >> 24);
    out[(i * 4) + 1] = (char) (in[i] >> 16);
    out[(i * 4) + 2] = (char) (in[i] >>  8);
    out[(i * 4) + 3] = (char) (in[i]      );

}

}

void make_state(word out[], char in[]) {

for (int i = 0; i < 4; i++) {

    out[i] =    (word) (in[(i * 4) + 0] << 24) ^
                (word) (in[(i * 4) + 1] << 16) ^
                (word) (in[(i * 4) + 2] <<  8) ^
                (word) (in[(i * 4) + 3]      );

}

}

无论如何,这是工作的块.正是这个功能,我试图通过将其存放在一个函数中来模块化：

char test[16] = {
    'a', 'b', 'c', 'd',
    'e', 'f', 'g', 'h',
    'i', 'j', 'k', 'l',
    'm', 'n', 'o', 'p'
};

aes cipher;

struct aes * work;

work = &cipher;

make_state(work->state, test);

work->state[0] ^= 0xbc6378cd;
work->state[0] ^= 0xbc6378cd;

make_string(work->state, test);

虽然这段代码有效,但通过将它传递给函数来做同样的事情却不会：

void encipher_block (struct aes * work, char in[]) {

    make_state(work->state, in);

    work->state[0] ^= 0xff00cd00;

    make_string(work->state, in);

}

void decipher_block (struct aes * work, char in[]) {

    make_state(work->state, in);

    work->state[0] ^= 0xff00cd00;

    make_string(work->state, in);

}

然而,通过在加密和解密中删除make_state和make_string调用,它按预期工作！

make_state(work->state, test);

encipher_block(&cipher, test);
decipher_block(&cipher, test);

make_string(work->state, test);

所以要澄清一下,我没有问题！我只是想了解这种行为.

最佳答案 将char更改为unsigned char. char可能已签名,可能在您的系统上,这会在转换为其他整数类型和转换时导致问题.

在make_string中的表达式(char)(在[i]>>> 24中),无符号的32位整数被转换为带符号的8位整数(在C实现中).此表达式可以将值转换为char中不可表示的char,特别是128到255之间的值.根据C 2011 6.3.1.3 3,结果是实现定义的或引发实现定义的信号.

在make_state中的表达式(word)(在[(i * 4)3]中),[…]中的char是一个带符号的8位整数(在C实现中).根据C 2011 6.3.1.1中定义的常规整数提升,将此char转换为int 2.如果char为负数,则生成的int为负数.然后,当它被转换为无符号的字时,效果是符号位以高24位复制.例如,如果char的值为-166(0x90),则结果为0xffffff90,但您需要0x00000090.

在此代码中将char更改为unsigned char.

另外,在make_state中,在[(i * 4)0]中应该在左移之前转换为单词.这是因为它将作为unsigned char启动,在转换之前将其提升为int.如果它具有高位设置的某个值,例如0x80,则将其向左移位24位会产生一个无法用int表示的值,例如0x80000000.根据C 2011 6.5.7 4,行为未定义.

这在大多数C实现中不会成为问题;二进制补码通常用于有符号整数,结果将根据需要进行换行.另外,我希望这是编译器开发人员设计的模型情况,因为它是一种非常常见的代码结构.但是,为了提高可移植性,逐字转换将避免溢出的可能性.

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