SM4算法介绍

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。

SM4 的加密算法

SM4 密码算法的数据分组长度为 128 比特，密钥长度也是 128 比特，是分组算法当中的一种。它采用 32 轮迭代结构来作为它的加密算法，每轮使用一个轮密钥。设输入的明文为四个字(X0，X1，X2, X3)，一共有 128 位。输入轮密钥为rki,i=0,1,…，31，一共 32 个字。输出密文为四个字(Y0，Y1，Y2, Y3)，128 位。

则这个加密算法可描述如下。

加密算法：

SM4 加密算法的框图为图所示

SM4 的加密算法和 DES、AES 的结构一样，均采用了基本函数迭代，但 SM4 也有一些不同的加密迭代处理特点。由图可以看出，SM4 的加密法代处理方式具有密文反馈连接和流密码的某一些特点，前一轮加密的结果与前一轮的加密数据拼接起来供下一轮加密处理。一次加密处理四个字，然后产生一个字的中间密文，这个中间密文和前三个字拼接起来后再供下一次加密处理，一共会迭代加密处理32 轮，产生出四个字的密文。这个加密处理的整个过程就像一个宽度为 4 个字的窗口在滑动，加密处理完一轮，窗口就滑动一个字，窗口一共滑动 32 次后加密迭代就结束了。

SM4 的解密算法

由于 SM4 密码算法的运算是对合运算，所以它的解密算法结构是和加密算法的结构一样的，不同的是轮密钥的使用顺序，解密和加密的是相反的，也就是说解密的轮密钥是加密的轮密钥的逆序。设输入的密文为(X0，X1，X2, X3)，输入轮密钥为 rki,i=31,30,…，1，0，输出的明文为(Y0，Y1，Y2, Y3)。则这个姐密算法可描述如下。

解密算法：

SM4 的密钥扩展算法

SM4 密码算法采用 32 轮的迭代加密结构，拥有 128 位加密密钥，一共使用 32轮密钥，每一轮的加密使用 32 位的一个轮密钥。SM4 算法的特点使得它需要使用一个密钥扩展算法，在加密密钥当中产生 32 个轮密钥。在这个密钥的扩展算法当中有常数 FK、固定参数 CK 这两个数值，利用这两个数值便可完成它的这一个扩展算法。

1.常数 FK

密钥扩展当中使用的常数为以下几个：
FK0=(A3B1BAC6)，FK1=(56AA3350),FK2=(677D9197), FK3=(B27022DC)。

2.固定参数 CK

一共使用有 32 个固定参数 CKi，这个 CKi，是一个字，它的产生规则是：
设 cki ， j 为 CKi 的 第 j 字 节 (i=0 ， 1 ， … ， 31;j=0,1,2,3) ， 即CKj=(cki,0,cki,1,cki,2,cki,3),
则 cki，j=(4i+j)×7(mod 256)

这 32 个固定参数如下(十六进制) :

00070e15， 1c232a31， 383f64d， 545b6269，
70777e85， 8c939aa1， a8afb6bd， c4cbd2d9，
e0e7eef5， fc030a11， 181f262d， 343b4249，
50575e65， 6c737a81， 888f969d， a4abb2b9，
c0c7ced5， dce3eafl， f8ff060d， 141b2229，
30373e45， 4c535a61， 686f767d， 848b9299，
a0a7aeb5， bcc3cad1， d8dfe6ed， f4fb0209，
10171e25， 2c333a41， 484f565d， 646b7279。

3.密钥扩展算法

假设输入的加密密钥为 MK= (MK0，MK1，MK2，MK3 )，输出的轮密钥为 rki, i=0,1…,30,31，中间的数据为 Ki=0,1,…,34,35。则密钥扩展算法可描述如下。

密钥扩展算法：

①(K0，K1，K2，K3)=(MK0⊕FK0，MK1⊕FK1,MK2⊕FK2,MK3⊕FK3)
②For i=0,1,…,30,31 Do
rki=K(i+4)=Ki⊕T’（K(i+1)⊕K(i+2)⊕K(i+3)⊕CKi）

说明:其中的 T’变换与加密算法轮函数中的 T 基本相同，只将其中的线性变换L 修改为以下的 L’:

L’(B)=B⊕(B<<<13)⊕(B<<<23)

从密钥扩展算法中我们分析后可以发现，密钥扩展算法与加密算法在算法结构方面类似，同样都是采用了 32 轮类似的迭代处理。

需要特别注意的是密钥扩展算法采用了非线性变换 T，这个措施将会使密钥扩展的安全性大大地加强了。在这方面上 SM4 和 AES 密码类似，而 DES 的子密钥生产算法并没有采用这种类似措施。

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来源： https://blog.csdn.net/weixin_45859485/article/details/118515873