CRC 与 Checksum 对比详解

1. 简介

在计算机网络中，数据从一个设备传输到另一个设备时，可能会受到干扰，导致接收端收到的数据与发送端不一致。为了确保数据完整性，CRC（Cyclic Redundancy Check）与 Checksum（校验和）是两种广泛使用的数据校验机制。

本文将分别介绍这两种机制的工作原理、优缺点，并通过示例代码与图示帮助你更好地理解它们。

2. 错误类型

数据在传输过程中可能因干扰导致比特位发生变化，错误主要分为两类：

2.1 单比特错误（Single-Bit Error）

指在一个数据字节中，只有一个比特位发生错误：

2.2 突发错误（Burst Error）

指在一个数据字节中，有多个比特位同时发生错误：

3. CRC 是什么？

CRC（Cyclic Redundancy Check）是一种基于多项式除法的错误检测机制，用于检测数据在传输过程中是否被意外修改。

术语解释：

• Cyclic（循环）：源于循环码理论
• Redundancy（冗余）：指的是附加在数据末尾的校验位

CRC 的核心思想是：发送方在发送数据前计算一个 CRC 值并附加在数据末尾，接收方对接收的数据进行相同的 CRC 运算，若余数为零则认为数据完整，否则判定为数据出错。

3.1 CRC 的工作原理

CRC 基于模 2 除法（Modulo-2 Division）进行运算，其中加法和减法都通过异或（XOR）操作完成。例如：1 + 1 = 0。

发送方在原始数据后追加若干个 0（数量为多项式位数 - 1），然后用这个扩展后的数据除以一个预定义的除数（即多项式对应的二进制数），余数即为 CRC 校验码。

接收方将接收到的数据（含 CRC）再做一次同样的除法运算，若余数为 0，则数据无误。

3.2 发送端的 CRC 计算示例

我们以多项式 x³ + x + 1（二进制表示为 1011）为例，对数据 11010011101100 进行 CRC 计算。

1. 数据末尾补 3 个 0：11010011101100000
2. 使用 1011 作为除数进行模 2 除法：

11010011101100000
1011
01100011101100000
 1011
00111011101100000
  1011
00010111101100000
   1011
00000001101100000
       1011
00000000110100000
        1011
00000000011000000
         1011
00000000001110000
          1011
00000000000101000
           1011
00000000000000100

最终余数为 100，这就是 CRC 校验码，附加在原始数据后发送。

3.3 接收端的 CRC 验证示例

接收方收到数据后，将包含 CRC 的完整数据再次进行模 2 除法，如果余数为 0，说明数据未被篡改。

假设收到的数据为 11010011101100100（原始数据 + CRC）：

11010011101100100
1011
01100011101100100
 1011
00111011101100100
  1011
...

最终余数为 0，说明数据无误。

如果数据中某位被翻转（如第 15 位由 0 变为 1）：

11010011101101100
...
余数为非零值，说明数据被篡改。

4. Checksum 是什么？

Checksum 是另一种用于检测数据完整性的机制。它通过哈希函数将数据映射为一个固定长度的字符串，用于验证数据是否在传输过程中被修改。

常见算法包括：MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-512 等。

4.1 如何计算 Checksum？

大多数操作系统和编程语言都提供了 Checksum 的计算工具：

✅ Linux 系统使用 cksum 命令：

cksum filename

✅ PowerShell 中使用 Get-FileHash：

Get-FileHash C:\baeldung\Hello.txt

输出如下：

Algorithm       Hash                                                                   Path
---------       ----                                                                   ----
SHA256          45356929829DC9FDED17E755DB91B93C25A4ED3FB9D60D92D4BD1E935A0ECC75       C:\baeldung\Hello.txt

你可以通过 -Algorithm 参数指定使用不同的算法：

Get-FileHash C:\baeldung\Hello.txt -Algorithm SHA512

输出：

Algorithm       Hash                                                                   Path
---------       ----                                                                   ----
SHA512          3B6FC410AAC9453DF953A84E806FF789A88549AD35DBB6EA30C832AF32316AC4832... C:\baeldung\Hello.txt

5. CRC 与 Checksum 对比总结

比较维度	CRC	Checksum
用途	检测传输过程中的数据错误	验证数据完整性
错误检测能力	支持检测多比特错误（如双比特）	主要检测单比特错误
实现复杂度	使用多项式除法，复杂度较高	使用哈希函数，相对简单
可靠性	数学基础强，可靠性更高	相对较低，容易发生碰撞
应用场景	网络通信、硬件传输	文件完整性校验、软件分发
出现时间	较新，是 Checksum 的改进	早期广泛使用

6. 结语

本文详细介绍了 CRC 与 Checksum 两种数据校验机制的原理、实现方式以及它们之间的区别。

✅ CRC 更适合用于网络传输、硬件通信等对数据完整性要求极高的场景；
✅ Checksum 更适合用于文件校验、数据完整性验证等场景。

⚠️ 选择时应根据实际需求权衡：如果你需要检测多比特错误，CRC 是更好的选择；如果你只需要简单的完整性校验，Checksum 更加轻量高效。