jarviscraft/lab-06-multithreads

Лабораторная работа №6

Задание

Использовать std::thread или std::async/std::future для параллельного вычисления значений хеш-функции SHA-256 определённого вида.

Для отображения значения хеш-функций часто используют запись в шестнадцатиричном (HEX) формате. Результатом работы функции SHA-256 является массив из 32 байт (32 * 8 = 256), который может быть представлен в виде 64-x символьной HEX-строки:

SHA256("test") = "9f86d081884c7d659a2feaa0c55ad015a3bf4f1b2b0b822cd15d6c15b0f00a08";
SHA256("1234") = "03ac674216f3e15c761ee1a5e255f067953623c8b388b4459e13f978d7c846f4";

Особенностью современных криптографических хеш-функций является вычислительная сложность получения:

• коллизий (разных сообщений, для которых значение хеш-функции совпадает);
• прообразов (исходных сообщений из имеющегося значения хеш-функции).

На текущий момент самым эффективным решением данных задач является метод полного перебора.

Требуется:

1. Организовать перебор случайных входных данных (прообразов) для функции SHA-256 с целью получения значения хеш-функции, удовлетворяющего следующему виду: XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX0000, где X- произвольный HEX-символ, а 0 - ноль, т.е. значение хеш-функции должно заканчиваться на N=4нулей, а остальные символы могут быть произвольными.
2. Вычисления проводить в M потоках, где M - максильное число одновременно выполняемых потоков.
   Задается аргументом командной строки. Если аргумент не задан, то использовать значение по умолчанию равное std::thread::hardware_concurrency.
3. Все случайные входные данные, значения хеш-функции, а так же идентификатор потока, который обрабатывает данные вывести в лог Log (консоль+файл); Уровень логирования для trace.
4. При обнаружении значения хеш-функции требуемого вида вывести его в Log и продолжить вычисления;
   Уровень логирования для данного события info.
5. Для логгирования использовать библиотеку boost::log (документацию с примерами можно найти здесь).
6. Обеспечить ротацию лог-файлов по размеру.
7. Для формирования случайных входных данных использовать псевдослучайный генератор std::rand.
8. Корректно обработать завершение программы с помощью нажатия на клавиши Ctrl+C.
9. При завершении работы программы создать файл с данными в виде json-массива. Имя файла задается аргументом командной строки. При отсутствии аргумента, завершить программу.
   Json-массив хранит объекты следующего вида:

{
  "timestamp": 1566777600, // время нахождение подходящего хеша
  "hash": "XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX0000", // hex-представление полученного хеша
  "data": "AABCDA32F" // hex-представление прообраза хеш-функции
}

Рекомендации

Подключение библиотеки boost::log осуществить с помощью пакетного менеджера Hunter (см. пример).

Для вычислений значений хеш-функции использовать библиотеку picosha2.

Количество одновременно выполняемых потоков для конкретной аппаратной конфигурации может быть получено с помощью функции std::thread::hardware_concurrency.

Пример получения значения хеш-функции в HEX-виде из последовательности байт:

#include <picosha2.h>

const std::vector<unsigned char> data_vector{...}; // вектор
const std::string hash = picosha2::hash256_hex_string(data_vector);

const std::array<unsigned char, 4> data_array{...}; // массив
const std::string hash = picosha2::hash256_hex_string(data_array);

const unsigned char data_c_array[N] = {...}; // c-массив
const std::string hash = picosha2::hash256_hex_string(data_c_array, data_c_array + N);

Пример тривиального логирования с помощью библиотеки boost::log:

#include <boost/log/trivial.hpp>

int main(int, char*[])
{
    BOOST_LOG_TRIVIAL(trace) << "A trace severity message";
    BOOST_LOG_TRIVIAL(debug) << "A debug severity message";
    BOOST_LOG_TRIVIAL(info) << "An informational severity message";
    BOOST_LOG_TRIVIAL(warning) << "A warning severity message";
    BOOST_LOG_TRIVIAL(error) << "An error severity message";
    BOOST_LOG_TRIVIAL(fatal) << "A fatal severity message";
}

Пример настройки логгирования в файл:

boost::shared_ptr< logging::core > core = logging::core::get();

boost::shared_ptr< sinks::text_file_backend > backend =
    boost::make_shared< sinks::text_file_backend >(
        keywords::file_name = "file_%5N.log",
        keywords::rotation_size = 5 * 1024 * 1024,
        keywords::format = "[%TimeStamp%]: %Message%",
        keywords::time_based_rotation =
            sinks::file::rotation_at_time_point(12, 0, 0));

typedef sinks::synchronous_sink< sinks::text_file_backend > sink_t;
boost::shared_ptr< sink_t > sink(new sink_t(backend));
// sink ->set_filter(logging::trivial::severity >= logging::trivial::info);
core->add_sink(sink);

Для работы с Json используйте знакомые вам библиотеки. Стоит сделать один json-массив, доступ к которому предоставить из всех запущенных потоков. Чтобы избежать гонки за данными, синхронизируйте доступ до этого объекта.

Итоговый json должен выглядеть следующим образом (X- произвольный HEX-символ):

[
    {
        "timestamp": 1566777600,
        "hash": "XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX0000",
        "data": "XXXXXXXXXXXXXXX"
    },
    {
        "timestamp": 1566777640,
        "hash": "XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX0000",
        "data": "XXXXXXXXX"
    },
    {
        "timestamp": 1566776621,
        "hash": "XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX0000",
        "data": "XXXXXXXXX"
    },
    // ...
]