HDU密码学-SM4（Java实现，仅针对输入为16进制128bit的明文和密钥）-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了HDU密码学-SM4（Java实现，仅针对输入为16进制128bit的明文和密钥）。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

一、实验名称：SM4密码实验

二、实验要求：

1、熟悉分组密码的基本框架。
2、掌握SM4密码的加解密原理。
3、用合适的编程语言实现SM4密码程序并输出结果。

三、实验内容：

SM4算法是我国商用密码标准，其前身是SMS4算法。SM4算法是一个分组加密算法，分组长度和密钥长度均128bit。SM4算法使用32轮的非线性迭代结构。SM4在最后一轮非线性迭代之后加上了一个反序变换，因此SM4中只要解密密钥是加密密钥的逆序，它的解密算法与加密算法就可以保持一致。SM4的主体运算是非平衡Feistel网络。整体逻辑结构如图1所示，经过32轮变换把明文变换为密文。
sm4 requires a 128 bit key,算法
其中密钥扩展运算把128 bit的种子密钥扩展为32个32 bit的子密钥。下面分别介绍轮函数、密钥扩展和加解密。

1. 轮函数

轮函数的规则由
sm4 requires a 128 bit key,算法
给出，其中i = 0,1,…31。第i轮的输入为：

输出为：

第一轮的输入：

即为128 bit明文的四个分组，最后一轮的输出：

再经过逆序，得到了密文为：

下图即为轮函数的结构。

SM4算法的合成置换T是可逆置换。T置换是由一个非线性变换和一个线性扩散变换L复合而成，T置换的过程如下图所示：
sm4 requires a 128 bit key,算法

非线性变换由四个S盒并行组成。不同于DES等分组密码算法，SM4算法中的这四个S盒实际上是同一个8 bit —> 8bit的S盒，详见下表：
sm4 requires a 128 bit key,算法
其中左边的列表示8 bit输入的高位部分，上方的行表示8 bit输入的低位部分。
非线性变换的输出是线性变换L的输入，设L的输入为，输出为，则

其中B<<<n表示B循环左移n位。

2. 密钥扩展

在密钥扩展方案中，种子密钥经过扩展生成32个轮密钥，每个轮密钥长度为32bit。首先，128 bit的种子密钥SK分为四组，再给定系统参数FK = (FK0, FK1, FK2, FK3) = { 0xa3b1bac6, 0x56aa3350, 0x677d9197, 0xb27022dc};与固定参数(其中)，密钥扩展规则如下：
sm4 requires a 128 bit key,算法
其中i = 0,1,2,…31用于生成共32个轮密钥。T’变换与加密算法轮函数中的变换除线性变换L不同外，其他相同。T’变换中的线性变换L’为
.

3. 加解密

加密与解密的轮函数结构完全相同，唯一的区别是解密密钥是加密密钥的逆序。加密轮密钥的使用顺序为RK0,…,RK31，解密时轮密钥的使用顺序为RK31,…,RK0。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-578286.html

4.主要步骤

1)新建一个空项目，取名sm4。

2)在左边的解决方案资源管理器中添加java文件，取名为sm4.java。

3)在SM4中，32bit可用一个整型(int)变量表示，128bit可用长度为4的整型数组表示。

4)在sm4.java中先写入

Int[] RK = new int[32];    //32轮轮密钥, 每个RKi为32bit
Int[] K = new int[36];     //在密钥扩展中使用, 一共36组, 每个Ki为32bit
Char[] S_Box = {
              //S盒，输入8bit, 输出8bit
0xd6,0x90,0xe9,0xfe,0xcc,0xe1,0x3d,0xb7,0x16,0xb6,0x14,0xc2,0x28,0xfb,0x2c,0x05,
0x2b,0x67,0x9a,0x76,0x2a,0xbe,0x04,0xc3,0xaa,0x44,0x13,0x26,0x49,0x86,0x06,0x99,
0x9c,0x42,0x50,0xf4,0x91,0xef,0x98,0x7a,0x33,0x54,0x0b,0x43,0xed,0xcf,0xac,0x62,
0xe4,0xb3,0x1c,0xa9,0xc9,0x08,0xe8,0x95,0x80,0xdf,0x94,0xfa,0x75,0x8f,0x3f,0xa6,
0x47,0x07,0xa7,0xfc,0xf3,0x73,0x17,0xba,0x83,0x59,0x3c,0x19,0xe6,0x85,0x4f,0xa8,
0x68,0x6b,0x81,0xb2,0x71,0x64,0xda,0x8b,0xf8,0xeb,0x0f,0x4b,0x70,0x56,0x9d,0x35,
0x1e,0x24,0x0e,0x5e,0x63,0x58,0xd1,0xa2,0x25,0x22,0x7c,0x3b,0x01,0x21,0x78,0x87,
0xd4,0x00,0x46,0x57,0x9f,0xd3,0x27,0x52,0x4c,0x36,0x02,0xe7,0xa0,0xc4,0xc8,0x9e,
0xea,0xbf,0x8a,0xd2,0x40,0xc7,0x38,0xb5,0xa3,0xf7,0xf2,0xce,0xf9,0x61,0x15,0xa1,
0xe0,0xae,0x5d,0xa4,0x9b,0x34,0x1a,0x55,0xad,0x93,0x32,0x30,0xf5,0x8c,0xb1,0xe3,
0x1d,0xf6,0xe2,0x2e,0x82,0x66,0xca,0x60,0xc0,0x29,0x23,0xab,0x0d,0x53,0x4e,0x6f,
0xd5,0xdb,0x37,