国密SM4算法应用分享

johnz521

一、什么是SM4
– SM4算法介绍
SM4 算法是一种分组密码算法。其分组长度为 128bit，密钥长度也为 128bit。
加密算法与密钥扩展算法均采用 32 轮非线性迭代结构，以字（32 位）为单位进
行加密运算，每一次迭代运算均为一轮变换函数 F。SM4 算法加/解密算法的结构
相同，只是使用轮密钥相反，其中解密轮密钥是加密轮密钥的逆序。

二、java使用步骤
1.引入maven依赖
pom文件中增加BC库：

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<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.bouncycastle/bcprov-jdk18on --> <dependency>     <groupId>org.bouncycastle</groupId>     <artifactId>bcprov-jdk18on</artifactId>     <version>1.78</version> </dependency>

2.java代码
代码如下：

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/*       * SM4算法名称       * */       private static final String ALGORITHM_NAME = "SM4";           /**       *  加密模式和填充       * */       public static final String CIPHER_ALGORITHM_ECB_WITH_PKCS5PADDING = "SM4/ECB/PKCS5Padding";           public static final String CIPHER_ALGORITHM_CBC_WITH_PKCS5PADDING = "SM4/CBC/PKCS5Padding";           public static final String CIPHER_ALGORITHM_ECB_WITH_PKCS7PADDING = "SM4/ECB/PKCS7Padding";           public static final String CIPHER_ALGORITHM_CBC_WITH_PKCS7PADDING = "SM4/CBC/PKCS7Padding";           public static final String CIPHER_ALGORITHM_CBC_WITH_NOPADDING = "SM4/CBC/NOPadding";           public static final String CIPHER_ALGORITHM_ECB_WITH_NOPADDING = "SM4/ECB/NOPadding";            /**        * 默认密钥长度 只有126bit        */       private static final int DEFAULT_KEY_SIZE = 128;              /**        * 默认向量 要求16字节        */       private static final byte[] DEFAULT_IV = HexUtil.decodeHex("设置默认向量 需要改动");           static {           if (Security.getProvider(BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME) == null) {               Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());           }       }           /**        * 创建密钥        *        *        * @Return base64格式的密钥        * @throws Exception 创建密钥异常        */       public static String generateKey() throws Exception {           KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM_NAME, BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);           keyGenerator.init(DEFAULT_KEY_SIZE, new SecureRandom());           return Base64.getEncoder().encodeToString(keyGenerator.generateKey().getEncoded());       }       /**        * 加密        *        * @Param data 要加密的明文        * @param padding 填充方式        * @param iv 如果是cbc 则需要iv        * @return 加密后的密文        * @throws Exception 加密异常        */       public static String encrypt(String data,String key,String padding,String iv) throws Exception {           return sm4(data, key, Cipher.ENCRYPT_MODE,padding,iv);       }           /**        * 解密        *        * @param data 要解密的密文        * @param padding 填充方式        * @param iv 如果是cbc 则需要iv        * @return 解密后的明文        * @throws Exception 解密异常        */       public static String decrypt(String data,String key,String padding,String iv) throws Exception {           return sm4(data, key , Cipher.DECRYPT_MODE,padding,iv);       }           /**        * 加解密核心方法        *        * @param input 明文（加密模式）或密文（解密模式）        * @param key   密钥        * @param mode  1-加密 2-解密        * @param padding 填充方式        * @param iv 向量 如传则使用传的 不传则使用默认的        * @return 密文（加密模式）或明文（解密模式）        * @throws Exception 加解密异常        */       private static String sm4(String input,String key, int mode,String padding,String iv)               throws Exception {           SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(Base64.getDecoder().decode(key), ALGORITHM_NAME);           Cipher cipher = Cipher                   .getInstance(padding, BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);           if (StringUtils.containsIgnoreCase(padding,"CBC")){               cipher.init(mode, secretKeySpec,new IvParameterSpec(StringUtils.isBlank(iv) ? DEFAULT_IV : Base64.getDecoder().decode(iv)));           }else {               cipher.init(mode, secretKeySpec);           }           return Base64.getEncoder().encodeToString(cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(input)));       }               /**        * 测试 判断最后是否输出true        */           public static void main(String[] args) throws Exception {                   String s = generateKey();           String padding = CIPHER_ALGORITHM_CBC_WITH_PKCS7PADDING;           String data = "hello world!!";           String iv = Base64.getEncoder().encodeToString("testivtestivtest".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));           String encryptStr = encrypt(Base64.getEncoder().encodeToString(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)), s, padding, iv);           String decryptStr = decrypt(encryptStr, s, padding, iv);           System.out.println(data.equals(new String(Base64.getDecoder().decode(decryptStr))));                  }

3.openssl验证
第二步已经在java中进行密钥生成、加密、解密操作，证明逻辑在java中没有问题，现在进行openssl和java对接
方式：使用同一把密钥，在openssl中加密、在java中解密 判断是否正确

# -sm4-ecb 指模式，和java中加密模式和填充对应，-e代表加密 -d代表解密 -K表示指定密钥
# 157307f646eb47c3b9c3bf9ef1a2090b为java中生成的密钥的16进制形式
openssl enc -in text.bin -sm4-ecb -e -K 157307f646eb47c3b9c3bf9ef1a2090b -out b.txt

已经在openssl中进行加密，现在在java中对密文b.txt进行解密

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public static void main(String[] args) throws Exception {       String de = Base64.getEncoder().encodeToString(Files.readAllBytes(new File("/b.txt").toPath()));       System.out.println(de);       String decryptStr = decrypt(de, key, padding, "");       System.out.println(new String(Base64.getDecoder().decode(decryptStr)));       }

johnz521

绕天涯 发表于 2025-3-17 10:19
有没有python的实现方法呀

Python实现国密SM4加密和解密，GmSSL是由北京大学自主开发的国产商用密码开源库，实现了对国密算法、标准和安全通信协议的全面功能覆盖，包括SM3、SM4等国密算法，参考代码如下

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# -*- coding: utf-8 -*-   from gmssl.sm4 import CryptSM4, SM4_ENCRYPT, SM4_DECRYPT import binascii import os   def str_to_hexStr(hex_str):     """     字符串转hex     :param hex_str: 字符串     :return: hex     """     hex_data = hex_str.encode('utf-8')     str_bin = binascii.unhexlify(hex_data)     return str_bin.decode('utf-8')   def encrypt(crypt_sm4,encrypt_key, value):     """     国密sm4加密     :param encrypt_key: sm4加密key     :param value: 待加密的字符串     :return: sm4加密后的hex值     """     crypt_sm4.set_key(encrypt_key, SM4_ENCRYPT)     encrypt_value = crypt_sm4.crypt_ecb(value)  # bytes类型     return encrypt_value.hex()   def decrypt(crypt_sm4,decrypt_key, encrypt_value):     """     国密sm4解密     :param decrypt_key:sm4加密key     :param encrypt_value: 待解密的hex值     :return: 原字符串     """     crypt_sm4.set_key(decrypt_key, SM4_DECRYPT)     decrypt_value = crypt_sm4.crypt_ecb(bytes.fromhex(encrypt_value))  # bytes类型     return str_to_hexStr(decrypt_value.hex())     key = os.urandom(16) value = b'Hello@2023' #  bytes类型 crypt_sm4 = CryptSM4()   # 加密 enc_value = encrypt(crypt_sm4,key,value)   #解密 dec_value = encrypt(crypt_sm4,key,enc_value)

johnz521

AliaoJO 发表于 2025-3-17 11:59
感谢大佬分享，又认识到一个新的加密算法库，但我更想了解一下这个算法有什么特点？

SM4是一种对称加密算法，算法是公开的，类似AES算法。SM4密码算法作为国密算法之一，是一种我国自主设计的分组对称密码算法，用于实现数据的加密/解密运算，以保证数据和信息的机密性。

在具体实现上，SM4将明文分成多个固定长度的数据块，每个数据块通过一系列的置换和变换进行加密，最终生成密文。解密过程则是逆向操作，通过相同的置换和变换还原出原始明文。

该算法的分组长度为128比特，密钥长度为128比特（明文和密钥等长）。
加密算法与密钥扩展算法都采用32轮非线性迭代结构。
密钥扩展算法：将加密密钥变换为轮密钥的运算单元。
数据解密和数据加密的算法结构相同，只是轮密钥的使用顺序相反，解密轮密钥是加密轮密钥的逆序。

lccpstb

学习了，有空操作下

nzkboy

学习了学习了学习了

wolfstudio

都是拿着加密库在那搞几下，没意思

COMPUTERCD

wolfstudio 发表于 2025-3-17 09:32
都是拿着加密库在那搞几下，没意思

我也搞搞

131486352

国密加密研究下，谢谢大佬

pingyian

收藏了，后面可能会用到

sming2018

谢谢，有没有硬算法？

绕天涯

有没有python的实现方法呀

PKzengwei200808

感谢大佬，新手学习中