看了这么多篇（骗）文章，感觉SM都没有意思了。

一、引言（其实我是不想写这个的）

作为我介绍的最后一个SM系列（手动SM），还是把这个写完在躺尸。

在前面介绍了SM2与SM3，二者分别为非对称秘钥演算法与摘要演算法，而我们知道，在这之前的种子选手是对称秘钥演算法（即不存在公私钥的概念，加解密使用的秘钥相同），而国家在2012年正式公开并批准了6项密码行业标准公告，其中涵盖SM2、SM3以及我们即将提到的SM4。

SM4官方阅读文档链接：pan.baidu.com/s/107JZO5 密码：4x16。

接下来进入专业模式：

二、简介

（1）分组密码复习

对称密码体制使用相同的加密密钥和解密密钥，其安全性主要依赖于密钥的保密性。分组密码是对称密码体制的重要组成部分，其基本原理为：将明文消息编码后的序列m0,m1,m2,…,mi划分为长度为L(通常为64或128)位的组m=(m0,m1,m2,…,mL-1)，每组分别在密钥k=(k0,k1,k2,…,kt-1)(密钥长度为t)的控制下变换成等长的一组密文输出序列c=(c0,c1,c2,…,cL-1)。分组密码的模型如图所示：

分组密码实际上是在密钥的控制下，从一个足够大和足够好的置换子集中简单而迅速地选出一个置换，用来对当前输入的明文分组进行加密变换。现在所使用的对称分组加密演算法大多数都是基于Feistel分组密码结构的，遵从的基本指导原则是Shannon提出的扩散和混乱，扩散和混乱是分组密码的最本质操作。

分组密码与流密码的对比：分组密码以一定大小的分组作为每次处理的基本单元，而流密码则以一个元素(如一个字母或一个比特)作为基本的处理单元；流密码使用一个随时间变化的加密变换，具有转换速度快、低错误传播的优点，软硬体实现简单，缺点是低扩散、插入及修改不敏感；分组密码使用的是一个不对时间变化的固定变换，具有扩散性好、插入敏感等优点，缺点是加解密处理速度慢、存在错误传播。

（2）分组密码常用的五种模式

1.电码本模式（Electronic Codebook Book (ECB)）；

2.密码分组链接模式（Cipher Block Chaining (CBC)）；

3.计算器模式（Counter (CTR)）；

4.密码反馈模式（Cipher FeedBack (CFB)）；

5.输出反馈模式（Output FeedBack (OFB)）；

详细度娘，这不不再赘述。

（3）SM4

SMS4也称为SM4，是我国官方公布的第一个商用密码演算法，主要应用于无线区域网产品。SMS4演算法是一个分组演算法，其分组长度为128比特，密钥长度为128比特；加密演算法与密钥扩展演算法都采用32轮非线性迭代结构；解密演算法与加密演算法的结构相同，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。密钥与明密文均以32比特为单位进行划分，轮函数与密钥扩展演算法也以32比特为基本单位进行运算。

三、演算法分析（其实前面的可不看）

（1）流程图

SM44也没有放流程图出来，你说我们国家就公开演算法，你不公开代码我都能理解，图好歹给一个吧（小声BB别举报）

放下刀，放下刀，我懂= =

交货了，甲方爸爸们：

（2）SMS4轮函数F

设输入X=(X0,X1,X2,X3)，轮密钥为rk(由加密密钥通过密钥扩展演算法得到)，则SMS4演算法的轮函数可表示为：

??(??0, ??2 ,??3 ,??4 ,????) = ??0???(??2???3???4?????)

L为线性变换，设输入为A，输出为B，则：

B=L(A)=A (A<<<2) (A<<<10) (A<<<18) (A<<<24)

其中<<<i表示32比特循环左移i位，A、B均为为32 比特。

τ为非线性变换，以8比特为基本单位进行运算，由四个S盒组成。设输入A=(a0,a1,a2,a3)，输出为B=(b0,b1,b2,b3)，则：

B=(b0,b1,b2,b3)=τ(A)=(Sbox(a0),Sbox(a1),Sbox(a2),Sbox(a3))

其中ai、bi均为一个位元组，官方所给的S盒解构如下：

（3）SMS4扩展密钥演算法

SMS4的扩展密钥演算法用来通过输入的加密密钥生成32个轮密钥，演算法描述如下：

加密密钥MK=(MK0, MK1, MK2, MK3)，i=0,1,2,3；中间变数为Ki，i=0,1,…,35；轮密钥为rki，i=0,1,…,31；其中MKi、Ki、rki均为32比特；则密钥生成方法为：

其中：

系统参数FK的取值用16进位来表示：

FK0=(A3B1BAC6)

FK1=(56AA3350)

FK2=(677D9197)

FK3=(B27022DC)

L』为L的修改，公式如下：

固定参数CK的取值方法为：设cki,j为CKi的第j位元组(i=0,1,…,31，j=0,1,2,3)，即CKi = (cki,0，cki,1，cki,2，cki,3)，则cki,j = (4i+j)×7(mod 256)；32个固定参数CKi，其16进位表示为：

00070e15, 1c232a31, 383f464d, 545b6269,
70777e85, 8c939aa1, a8afb6bd, c4cbd2d9,
e0e7eef5, fc030a11, 181f262d, 343b4249,
50575e65, 6c737a81, 888f969d, a4abb2b9,
c0c7ced5, dce3eaf1, f8ff060d, 141b2229,
30373e45, 4c535a61, 686f767d, 848b9299,
a0a7aeb5, bcc3cad1, d8dfe6ed, f4fb0209,
10171e25, 2c333a41, 484f565d, 646b7279。

（4）SMS4加密演算法

设明文输入为(M0,M1,M2,M3)，密文输出为(C0,C1,C2,C3)，轮密钥为rki，i=0,1,2,…,31，其中，Mi、Ci、rki均为32比特；则SMS4演算法的加密过程包括迭代和反序变换。

1、32 次迭代运算

2、反序变换

（5）SMS4解密演算法

SMS4演算法的解密与加密变换结构相同，但轮密钥使用顺序相反。解密时，使用 轮密钥序（????31,????30,?,????0)。

四、演算法的C实现

（1）结果展示

（2）核心代码（高能模式）

最简单的ECB模式：

void sm4_crypt_ecb(sm4_context *ctx,
int flag,
int length,
unsigned char *input,
unsigned char *output) {
while (length > 0) {
sm4_one_round(ctx->sk, input, output);
input += 16;
output += 16;
length -= 16;
}
}

（3）源码

我知道你们也不想看，诺，这里有完整的可运行代码和说明文件，拿去用吧。链接：pan.baidu.com/s/1pBFg8d 密码：hyx7

五、小结

（1）对称密码还是挺好用的，一般使用的时候都是对称、非对称、摘要演算法一顿组合拳，威力极大。

（2）有钱好办事。

（3）有刀也可以。

SM系列完结撒花，以上，接下来会写ZUC以及一些古典密码。


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