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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) Y) d/ u& H4 N- M" T' 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。
' v/ m$ v' }5 B3 vSM4算法特点和原理7 u. ^. [. E6 V, D
特点
+ n. x3 m. |( O8 y* o& i分组长度为128位,密钥长度为128位。
' W, |; ^+ m8 F( M+ s) H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。8 m# b/ ~; E) k. W0 }; E/ @1 j& _
具有高的安全性和效率。4 O. W8 C( a2 y( C. y" A, H  b
适用于各种加密应用,如数据加密、通信加密等。
9 \3 i8 B3 ?. R  ~( N原理2 @7 i- z5 ?. v0 d& i: a
SM4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:
/ _- N- i; f$ U. L( @' M将明文分组和初始轮密钥进行异或运算。
* O* U7 @" Q; k* o7 t进行S-盒替换运算,将每个字节替换成S-盒中对应的值。* v! A- m- _- e+ k- c4 n  L. ]) F3 J
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。0 V% J2 |+ w; A2 a: e. e& m
进行列混淆运算,将矩阵中的每一列进行混淆。2 U+ a" S: R1 f  V+ }
将中间结果与下一轮密钥进行异或运算。; i, R# `9 r: }5 b  j% Y% H3 S
重复步骤2-5共31轮,得到最终的密文分组。
1 C2 |- P& }; r4 f! hC语言实现SM4算法
* J$ [0 e, L5 y8 v6 G2 z: G: m
#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。 4 E- f0 N5 k+ {6 C' U! q. a2 \
C++语言实现SM4算法
. G6 I; p4 C/ d
#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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