SM4为分组对称密码算法，明文、密文以及密钥长度均为
128
128
128 bits。SM4算法主要包括加解密算法和密钥扩展算法，采用
32
32
32 轮非线性迭代的数学结构，其中算法中每一次迭代运算为一轮非线性变换。主要操作包括异或、合成置换、非线性迭代、反序变换、循环移位以及S盒变换等。加密算法和解密算法的数学架构、运算法则、运算操作等都是完全相同的，解密运算只需要将加密算法中生成的轮密钥进行反序使用。其流程图如下图所示。
图1. SM4密码算法加密流程图
设加密主密钥
M
K
=
(
M
K
0
,
M
K
1
,
M
K
2
,
M
K
3
)
MK = (MK_0, MK_1, MK_2, MK_3)
MK=(MK0,MK1,MK2,MK3)，
M
K
i
∈
{
0
,
1
}
32
MK_i \in \{0,1\}^{32}
MKi∈{0,1}32
(
K
0
,
K
1
,
K
2
,
K
3
)
=
(
M
K
0
⊕
F
K
0
,
M
K
1
⊕
F
K
1
,
M
K
2
⊕
F
K
2
,
M
K
3
⊕
F
K
3
)
(K_0,K_1,K_2, K_3) = (MK_0 \oplus FK_0, MK_1 \oplus FK_1, MK_2 \oplus FK_2, MK_3 \oplus FK_3)
(K0,K1,K2,K3)=(MK0⊕FK0,MK1⊕FK1,MK2⊕FK2,MK3⊕FK3)
r
k
i
=
K
i
+
4
=
K
i
⊕
T
′
(
K
i
+
1
⊕
K
i
+
2
⊕
K
i
+
3
⊕
C
K
i
)
rk_i = K_{i+4} = K_i \oplus T^{'}(K_{i+1} \oplus K_{i+2} \oplus K_{i+3} \oplus CK_i)
rki=Ki+4=Ki⊕T′(Ki+1⊕Ki+2⊕Ki+3⊕CKi)
T ′ ( B ) = B ⊕ ( B < < < 13 ) ⊕ ( B < < < 23 ) T^{'}(B) = B \oplus (B <<< 13) \oplus (B <<< 23) T′(B)=B⊕(B<<<13)⊕(B<<<23)
| F K i FK_i FKi | 十六进制取值 |
|---|---|
| F K 0 FK_0 FK0 | A3B1BAC6 |
| F K 1 FK_1 FK1 | 56AA3350 |
| F K 2 FK_2 FK2 | 677D9197 |
| F K 3 FK_3 FK3 | B27022DC |
| 固定参数 CK 的取值 | |||
| 000070e15 | 1c232a31 | 383f464d | 545b6269 |
| 70777e85 | 8c939aa1 | a8afb6bd | c4cbd2d9 |
| e0e7eef5 | fc030a11 | 181f262d | 343b4249 |
| 50575e65 | 6c737a81 | 888f969d | a4abb2b9 |
| c0c7ced5 | dce3eaf1 | f8ff060d | 141b2229 |
| 3037aeb5 | 4c535a61 | 686f767d | 848b9299 |
| a0a7aeb5 | bcc3cad1 | d8dfe6ed | f4fb0209 |
| 10171e25 | 2e333a41 | 484f565d | 646b7279 |
设输入明文为：
(
X
0
,
X
1
,
X
2
,
X
3
)
∈
{
0
,
1
}
32
×
4
(X_0, X_1, X_2, X_3) \in \{0,1\}^{32 \times 4}
(X0,X1,X2,X3)∈{0,1}32×4, 密文输出为：
(
Y
0
,
Y
1
,
Y
2
,
Y
3
)
∈
{
0
,
1
}
32
×
4
(Y_0, Y_1, Y_2, Y_3) \in \{0,1\}^{32 \times 4}
(Y0,Y1,Y2,Y3)∈{0,1}32×4， 轮密钥
r
k
i
∈
{
0
,
1
}
32
×
4
rk_i \in \{0,1\}^{32 \times 4}
rki∈{0,1}32×4, 其中
i
∈
{
0
,
1
,
⋯
31
}
i \in \{0,1,\cdots 31\}
i∈{0,1,⋯31}.SM4密码算法的具体加密过程如下：
X
i
+
1
=
F
(
X
i
,
X
i
+
1
,
X
i
+
2
,
X
i
+
3
,
r
k
i
)
=
X
i
⊕
T
(
X
i
+
1
⊕
X
i
+
2
⊕
X
i
+
3
⊕
r
k
i
)
X_{i+1} = F(X_{i}, X_{i+1}, X_{i+2}, X_{i+3}, rk_i)=X_{i}\oplus T(X_{i+1}\oplus X_{i+2}\oplus X_{i+3}\oplus rk_i)
Xi+1=F(Xi,Xi+1,Xi+2,Xi+3,rki)=Xi⊕T(Xi+1⊕Xi+2⊕Xi+3⊕rki);
(
Y
0
,
Y
1
,
Y
2
,
Y
3
)
=
R
(
X
32
,
X
33
,
X
34
,
X
35
)
=
(
X
35
,
X
34
,
X
33
,
X
32
)
(Y_0, Y_1, Y_2, Y_3) = R(X_{32}, X_{33}, X_{34}, X_{35}) = (X_{35}, X_{34}, X_{33}, X_{32})
(Y0,Y1,Y2,Y3)=R(X32,X33,X34,X35)=(X35,X34,X33,X32)
由非线性变换
τ
\tau
τ和线性变换
L
L
L的转换，
T
(
⋅
)
=
L
(
τ
(
⋅
)
)
T(\cdot)=L(\tau(\cdot))
T(⋅)=L(τ(⋅))
非线性变换
τ
\tau
τ : 长度为 32 bits， 由4 个并行的8位输入输出的S盒组成，表示为
S
b
o
x
(
⋅
)
Sbox(\cdot)
Sbox(⋅)
(
B
0
,
B
1
,
B
2
,
B
3
)
=
τ
(
A
)
=
(
S
b
o
x
(
A
0
)
,
S
b
o
x
(
A
1
)
,
S
b
o
x
(
A
2
)
,
S
b
o
x
(
A
3
)
)
(B_0, B_1, B_2, B_3) = \tau(A) = (Sbox(A_0), Sbox(A_1), Sbox(A_2), Sbox(A_3))
(B0,B1,B2,B3)=τ(A)=(Sbox(A0),Sbox(A1),Sbox(A2),Sbox(A3))
线性变换
L
L
L :
B
=
L
(
A
)
=
A
⊕
(
A
<
<
<
2
)
⊕
(
A
<
<
<
10
)
⊕
(
A
<
<
<
18
)
⊕
(
A
<
<
<
24
)
B = L(A) = A\oplus(A <<< 2)\oplus(A <<< 10)\oplus(A <<< 18)\oplus(A <<< 24)
B=L(A)=A⊕(A<<<2)⊕(A<<<10)⊕(A<<<18)⊕(A<<<24)
S盒是SM4算法中唯一的非线性逻辑单元，国家密码局公布的SM4密码时，直接给出了算法中S盒的查找表信息，输入为8 bits，其中，高4bits为查找表的行信息，后4bits为查找表的列信息。
| - | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | a | b | c | d | e | f |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0xd6 | 0x90 | 0xc9 | 0xfe | 0xcc | 0xe1 | 0x3d | 0xb7 | 0x16 | 0xb6 | 0x14 | 0xc2 | 0x28 | 0xfb | 0x2c | 0x05 |
| 1 | 0x2b | 0x67 | 0x9a | 0x76 | 0x2a | 0xbe | 0x04 | 0xc3 | 0xaa | 0x44 | 0x13 | 0x26 | 0x49 | 0x86 | 0x06 | 0x99 |
| 2 | 0x9c | 0x42 | 0x50 | 0xf4 | 0x91 | 0xef | 0x98 | 0x7a | 0x33 | 0x54 | 0x0b | 0x43 | 0xed | 0xcf | 0xac | 0x62 |
| 3 | 0xe4 | 0xb3 | 0x1c | 0xa9 | 0xc9 | 0x08 | 0xe8 | 0x95 | 0x80 | 0xdf | 0x94 | 0xfa | 0x75 | 0x8f | 0x3f | 0xa6 |
| 4 | 0x47 | 0x07 | 0xa7 | 0xfc | 0xf3 | 0x73 | 0x17 | 0xba | 0x83 | 0x59 | 0x3c | 0x19 | 0xe6 | 0x85 | 0x4f | 0xa8 |
| 5 | 0x68 | 0x6b | 0x81 | 0xb2 | 0x71 | 0x64 | 0xda | 0x8b | 0xf8 | 0xeb | 0x0f | 0x4b | 0x70 | 0x56 | 0x9d | 0x35 |
| 6 | 0x1e | 0x24 | 0x0e | 0x5e | 0x63 | 0x58 | 0xd1 | 0xa2 | 0x25 | 0x22 | 0x7c | 0x3b | 0x01 | 0x21 | 0x78 | 0x87 |
| 7 | 0xd4 | 0x00 | 0x46 | 0x57 | 0x9f | 0xd3 | 0x27 | 0x52 | 0x4c | 0x36 | 0x02 | 0xe7 | 0xa0 | 0xc4 | 0xc8 | 0x9e |
| 8 | 0xea | 0xbf | 0x8a | 0xd2 | 0x40 | 0xc7 | 0x38 | 0xb5 | 0xa3 | 0xf7 | 0xf2 | 0xce | 0xf9 | 0x61 | 0x15 | 0xa1 |
| 9 | 0xe0 | 0xae | 0x5d | 0xa4 | 0x9b | 0x34 | 0x1a | 0x55 | 0xad | 0x93 | 0x32 | 0x30 | 0xf5 | 0x8c | 0xb1 | 0xe3 |
| a | 0x1d | 0xf6 | 0xe2 | 0x2e | 0x82 | 0x66 | 0xca | 0x60 | 0xc0 | 0x29 | 0x23 | 0xab | 0x0d | 0x53 | 0x4e | 0x6f |
| b | 0xd5 | 0xdb | 0x37 | 0x45 | 0xde | 0xfd | 0x8e | 0x2f | 0x03 | 0xff | 0x6a | 0x72 | 0x6d | 0x6c | 0x5b | 0x51 |
| c | 0x8d | 0x1b | 0xaf | 0x92 | 0xbb | 0xdd | 0xbc | 0x7f | 0x11 | 0xd9 | 0x5c | 0x41 | 0x1f | 0x10 | 0x5a | 0xd8 |
| d | 0x0a | 0xc1 | 0x31 | 0x88 | 0xa5 | 0xcd | 0x7b | 0xbd | 0x2d | 0x74 | 0xd0 | 0x12 | 0xb8 | 0xe5 | 0xb4 | 0xb0 |
| e | 0x89 | 0x69 | 0x97 | 0x4a | 0x0c | 0x96 | 0x77 | 0x7e | 0x65 | 0xb9 | 0xf1 | 0x09 | 0xc5 | 0x6e | 0xc6 | 0x84 |
| f | 0x18 | 0xf0 | 0x7d | 0xec | 0x3a | 0xdc | 0x4d | 0x20 | 0x79 | 0xee | 0x5f | 0x3e | 0xd7 | 0xcb | 0x39 | 0x48 |
目录一.加解密算法数字签名对称加密DES(DataEncryptionStandard)3DES(TripleDES)AES(AdvancedEncryptionStandard)RSA加密法DSA(DigitalSignatureAlgorithm)ECC(EllipticCurvesCryptography)非对称加密签名与加密过程非对称加密的应用对称加密与非对称加密的结合二.数字证书图解一.加解密算法加密简单而言就是通过一种算法将明文信息转换成密文信息，信息的的接收方能够通过密钥对密文信息进行解密获得明文信息的过程。根据加解密的密钥是否相同，算法可以分为对称加密、非对称加密、对称加密和非
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