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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
# f3 k- m& O) k  gSM4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。
; d8 w3 z* v$ x0 B, L5 G, ~. u8 f% r8 L+ rSM4算法特点和原理6 y3 h0 q4 n, N% X
特点7 \- H/ H' {- r* e( \9 h
分组长度为128位,密钥长度为128位。
" E  A4 l; Y& E8 ^( Y. o6 V: n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 e% K% c* I  Z5 N; |
具有高的安全性和效率。1 j/ B5 j, q, I5 U9 W% j6 R% B. u
适用于各种加密应用,如数据加密、通信加密等。  p- G& e" B( |9 b  u
原理6 J6 ]) e3 z# d3 P0 l* i
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:
( O8 {. Z5 K0 N( k* l- m将明文分组和初始轮密钥进行异或运算。3 l! B$ j0 F, j6 Q
进行S-盒替换运算,将每个字节替换成S-盒中对应的值。
# [) m: I" x9 `! c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。2 i- E3 d3 o/ |' c
进行列混淆运算,将矩阵中的每一列进行混淆。- O, Y5 G$ i# P: y
将中间结果与下一轮密钥进行异或运算。
" B8 h* E& A: d1 z& L7 q' ?1 t重复步骤2-5共31轮,得到最终的密文分组。
- n( x& f$ Z. Q  O* U8 {6 {' w) q0 `C语言实现SM4算法
. F. U4 }0 m: ]% o( A1 b* E
#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。 0 O; ]% Y2 ?# z
C++语言实现SM4算法
% f7 v. t' L2 Z$ ~! z8 Q
#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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