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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# f; Y; [# t' p1 ]: n6 ^( M
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。
4 T6 t8 D" B. R( q1 G9 dSM4算法特点和原理
; a" [6 S' G$ r3 k% f特点
# f7 U$ U7 D0 s1 U6 Y& s- N分组长度为128位,密钥长度为128位。7 z6 _9 `; X6 ~7 b) z
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。  R* s( p& X) v# z& [5 W- C+ Y8 N0 P$ n
具有高的安全性和效率。0 X8 I4 @% M9 ?, @
适用于各种加密应用,如数据加密、通信加密等。" [, j& O6 f$ r" A
原理
- [- n& V- t; Z7 e2 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:
$ x+ k# d4 J! P! p将明文分组和初始轮密钥进行异或运算。* D7 i, E, g2 |5 s# f3 D
进行S-盒替换运算,将每个字节替换成S-盒中对应的值。( A& {* v- h# t' P. u: f' @
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。
* `3 y4 m3 y: g* Y进行列混淆运算,将矩阵中的每一列进行混淆。- }+ T* k  z0 i0 C9 d& T# s
将中间结果与下一轮密钥进行异或运算。
- _- Y: ]/ z! H2 ]' x, g重复步骤2-5共31轮,得到最终的密文分组。
" {; G% Z6 V! ^* ~' O2 l0 [6 cC语言实现SM4算法
; l* `7 d* v; ]' [7 Y; p
#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。 % T6 w; J" \; b9 X6 G( e$ o
C++语言实现SM4算法
! z- s' h( L3 y- g- K! l2 N' l
#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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