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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& C9 m: Y2 f6 c( R' v
SM4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。
$ \! z0 R8 l4 l' _" j/ S' L& USM4算法特点和原理$ g/ g. J% V2 \- m( ^4 U
特点! b7 `$ w' U3 i, ?( H# A
分组长度为128位,密钥长度为128位。% o, N, |1 \  G, a! o
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。
9 B. B) w7 J0 Y) h; m2 r  `: ~, D4 Z具有高的安全性和效率。
9 j2 j; D5 F* j. K# R8 c% ?适用于各种加密应用,如数据加密、通信加密等。
* X0 f  `, e- s+ {* [# }4 @原理
1 n/ r1 M  U, p7 g% v% eSM4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:7 {$ p+ D* g- {4 ?5 s2 I6 q! F
将明文分组和初始轮密钥进行异或运算。
2 s. i2 k7 @4 w* C进行S-盒替换运算,将每个字节替换成S-盒中对应的值。
0 `9 \6 {6 M2 V7 S; }/ @6 w- o. W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。# `) @9 u; c% g6 r
进行列混淆运算,将矩阵中的每一列进行混淆。
3 s1 f; m/ r- A" I将中间结果与下一轮密钥进行异或运算。2 q5 p. i' y. l5 ~0 O
重复步骤2-5共31轮,得到最终的密文分组。2 u( V  v* d9 _9 g5 Y# l: t* i3 c% o% }
C语言实现SM4算法
; Z/ d  Y, Q- X9 U& M6 I
#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。 6 i/ L' B0 [, [" d9 J2 h
C++语言实现SM4算法& ]+ g% l" m# F6 V3 H! Z" }+ m
#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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