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[C/C++/Qt] C/C++之分组密算法(SM4)

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发表于 2023-10-23 13:40:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
概述
3 R8 a* o, W( ^1 H5 I, Y/ DSM4是一种分组密码,其分组长度为128位,密钥长度为128位。该算法采用非线性迭代结构,每轮迭代包括四个基本运算:S-盒替换、行位移、列混淆和轮密钥加。SM4算法具有高的安全性和效率,适用于各种加密应用,如数据加密、通信加密等。
* q9 m  r4 I  F- g0 l; v# M) U2 rSM4算法特点和原理
4 t+ U( C* `# W/ C7 Z特点
( O- @$ e. q5 ~3 p% Q* E分组长度为128位,密钥长度为128位。
# X7 m2 E- m- v- Q采用非线性迭代结构,每轮迭代包括四个基本运算:S-盒替换、行位移、列混淆和轮密钥加。
1 B: k, l( Z/ h0 |; K  U具有高的安全性和效率。
# Q; Z3 W* v6 x适用于各种加密应用,如数据加密、通信加密等。! h+ H7 G& C$ r1 h
原理
; L4 e8 f5 t5 mSM4算法采用分组加密的方式,将明文分成若干个128位的分组,对每个分组进行加密。加密算法采用非线性迭代结构,每轮迭代包括四个基本运算:S-盒替换、行位移、列混淆和轮密钥加。具体步骤如下:
; D! _) Y- J% c1 A将明文分组和初始轮密钥进行异或运算。
, H- i. q# {) n: _% {. D/ h进行S-盒替换运算,将每个字节替换成S-盒中对应的值。2 `7 A/ n" d1 C# F+ n& R
进行行位移运算,将矩阵中的每一行向左循环移位一定的位数。8 x" _9 N! r/ b: P' S9 n& s) u. B. z
进行列混淆运算,将矩阵中的每一列进行混淆。& V& |, d1 @( f/ X* Y( _
将中间结果与下一轮密钥进行异或运算。
% l5 k4 _! O$ S/ V, P重复步骤2-5共31轮,得到最终的密文分组。
+ D! O3 G6 B* U( w+ n2 `C语言实现SM4算法
8 X& J9 Z2 ?- d7 k" c$ c, A) h
#include <stdio.h>  
#include <string.h>  
#include "sm4.h"  
  
int main() {  
    unsigned char key[16] = {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xab, 0xcd, 0xef, 0xfe, 0xdc, 0xba, 0x98, 0x76, 0x54, 0x32, 0x10};  
    unsigned char plaintext[16] = {00x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xab, 0xcd, 0xef, 0xfe, 0xdc, 0xba, 0x98, 0x76, 0x54, 0x32, 0x10};
unsigned char ciphertext[16];
sm4_context ctx;  
sm4_setkey_enc(&ctx, key);  
sm4_crypt_ecb(&ctx, 1, plaintext, ciphertext);  
 
printf("Plaintext: ");  
for (int i = 0; i < 16; i++) {  
    printf("%02x ", plaintext[i]);  
}  
printf("\n");  
 
printf("Ciphertext: ");  
for (int i = 0; i < 16; i++) {  
    printf("%02x ", ciphertext[i]);  
}  
printf("\n");  
 
return 0;
}
在上面的代码中,我们使用了`sm4.h`头文件和`sm4.c`源文件,这些文件包含了SM4算法的实现。我们首先定义了一个16字节的密钥和明文分组,然后创建了一个SM4上下文对象`ctx`,使用`sm4_setkey_enc()`函数设置加密密钥,最后使用`sm4_crypt_ecb()`函数进行加密。加密结果保存在`ciphertext`数组中。 . V. Y; P9 o# A/ {) m$ r
C++语言实现SM4算法
9 E' n" ]" g2 Q0 O5 k; }# p9 v* I
#include <iostream>  
#include <string>  
#include "sm4.h"  
  
using namespace std;  
  
int main() {  
    unsigned char key[16] = {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xab, 0xcd, 0xef, 0xfe, 0xdc, 0xba, 0x98, 0x76, 0x54, 0x32, 0x10};  
    unsigned char plaintext[16] = {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xab, 0xcd, 0xef, 0xfe, 0xdc, 0xba, 0x98, 0x76, 0x54, 0x32, 0x10};
unsigned char ciphertext[16];
sm4_context ctx;  
sm4_setkey_enc(&ctx, key);  
sm4_crypt_ecb(&ctx, 1, plaintext, ciphertext);  
 
cout << "Plaintext: ";  
for (int i = 0; i < 16; i++) {  
    cout << hex << setw(2) << setfill('0') << static_cast<int>(plaintext[i]) << " ";  
}  
cout << endl;  
 
cout << "Ciphertext: ";  
for (int i = 0; i < 16; i++) {  
    cout << hex << setw(2) << setfill('0') << static_cast<int>(ciphertext[i]) << " ";  
}  
cout << endl;  
 
return 0;
}
在上面的代码中,我们使用了C++的`iostream`库和`string`库,以及`sm4.h`头文件和`sm4.c`源文件。代码的实现过程与C语言版本类似,不同的是我们使用了C++的`cout`对象来输出明文和密文。我们还使用了`hex`、`setw`和`setfill`来设置输出的格式。
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