Java 实现 SM3
一、流程概述
实现 SM3 算法的过程可以分为以下几个步骤：
- 将输入数据划分为若干个消息分组；
- 初始化工作变量；
- 对每个消息分组进行处理；
- 输出结果。
下面我会详细介绍每个步骤的具体实现方法。
二、具体实现步骤
1. 将输入数据划分为消息分组
SM3 算法将输入数据划分为若干个消息分组，每个消息分组的长度为 512 位。如果输入数据长度不足 512 位，需要进行填充。
在 Java 中，可以使用 byte[] 数组来表示输入数据。
byte[] data = "your input data".getBytes();
2. 初始化工作变量
SM3 算法使用一个 256 位的 IV（初始向量）作为工作变量。在 Java 中，可以定义一个 byte[] 数组来表示 IV。
byte[] iv = {/* 初始化 iv 的 32 个字节 */};
3. 处理每个消息分组
对每个消息分组进行处理，包括消息扩展、压缩和更新工作变量。具体的实现步骤如下：
3.1 消息扩展
消息扩展是将每个消息分组划分为 16 个字（32 位）的消息块，并对每个消息块进行扩展。在 Java 中，可以使用 int[] 数组来表示消息块。
int[] message = new int[16];
for (int i = 0; i < 16; i++) {
// 将每个 4 个字节转换为一个 int 值
message[i] = ((data[i * 4] & 0xFF) << 24) | ((data[i * 4 + 1] & 0xFF) << 16) | ((data[i * 4 + 2] & 0xFF) << 8) | (data[i * 4 + 3] & 0xFF);
}
3.2 压缩
压缩是对每个消息块进行一系列运算，包括置换、非线性函数和轮函数。具体的实现步骤如下：
for (int i = 0; i < 16; i++) {
// 置换
message[i] = permutation(message[i]);
}
// 非线性函数
for (int i = 0; i < 16; i++) {
message[i] = nonLinearFunction(message[i]);
}
// 轮函数
for (int i = 0; i < 64; i++) {
int t = message[i % 16] + leftRotate(A, 12) + B;
t = leftRotate(t, 7);
t = t ^ C;
t = t + D;
A = D;
D = C;
C = leftRotate(B, 9);
B = A;
A = t;
}
其中，permutation 函数表示置换操作，nonLinearFunction 函数表示非线性函数操作，leftRotate 函数表示左循环移位操作。
3.3 更新工作变量
更新工作变量是将压缩结果与当前的工作变量进行异或运算，更新工作变量的值。
A = A ^ W;
B = B ^ V;
C = C ^ U;
D = D ^ T;
4. 输出结果
将最终的工作变量以字节数组的形式输出即可。
byte[] result = new byte[32];
for (int i = 0; i < 8; i++) {
result[i * 4] = (byte) (A >>> (24 - i * 4));
result[i * 4 + 1] = (byte) (B >>> (24 - i * 4));
result[i * 4 + 2] = (byte) (C >>> (24 - i * 4));
result[i * 4 + 3] = (byte) (D >>> (24 - i * 4));
}
三、类图
classDiagram
class SM3 {
-byte[] iv
+byte[] hash(byte[] data)
-byte[] padding(byte[] data)
-int[] expand(byte[] data)
