Python密码学之SM4算法

简介

SM4是一种对称加密算法，也是国家商用密码算法，由于其高效、安全和易于实现的特点，被广泛应用于各种领域。在Python中，我们可以使用cryptography库来实现SM4算法的加解密操作。

安装

在使用cryptography库之前，我们需要先安装它。可以使用pip命令进行安装：

pip install cryptography

SM4加密示例

下面是一个使用cryptography库实现SM4加密的示例代码：

from cryptography.hazmat.primitives.ciphers import Cipher, algorithms, modes
from cryptography.hazmat.backends import default_backend
from cryptography.hazmat.primitives import padding

# 密钥和明文
key = b'0123456789abcdef'
plaintext = b'Hello, World!'

# 生成随机的初始化向量
iv = b'randomivrandomiv'

# 创建SM4算法对象
backend = default_backend()
cipher = Cipher(algorithms.SM4(key), modes.CBC(iv), backend=backend)

# 创建加密器
encryptor = cipher.encryptor()

# 使用PKCS7填充方式进行填充
padder = padding.PKCS7(algorithms.SM4.block_size).padder()
padded_data = padder.update(plaintext) + padder.finalize()

# 加密明文
ciphertext = encryptor.update(padded_data) + encryptor.finalize()

# 输出加密后的结果
print("加密后的结果:", ciphertext.hex())

在上述代码中，我们首先定义了一个密钥和明文，然后生成一个随机的初始化向量。接着我们使用Cipher对象创建一个SM4算法实例，并指定使用CBC模式和随机初始化向量。然后我们创建一个加密器，使用PKCS7填充方式对明文进行填充，最后将填充后的数据进行加密并输出加密后的结果。

SM4解密示例

下面是一个使用cryptography库实现SM4解密的示例代码：

from cryptography.hazmat.primitives.ciphers import Cipher, algorithms, modes
from cryptography.hazmat.backends import default_backend
from cryptography.hazmat.primitives import padding

# 密钥和密文
key = b'0123456789abcdef'
ciphertext = b'f01e1ddf9eaf12a9e1b0732c9a9a0eb3'

# 生成随机的初始化向量
iv = b'randomivrandomiv'

# 创建SM4算法对象
backend = default_backend()
cipher = Cipher(algorithms.SM4(key), modes.CBC(iv), backend=backend)

# 创建解密器
decryptor = cipher.decryptor()

# 解密密文
padded_data = decryptor.update(bytes.fromhex(ciphertext)) + decryptor.finalize()

# 使用PKCS7填充方式进行去填充
unpadder = padding.PKCS7(algorithms.SM4.block_size).unpadder()
plaintext = unpadder.update(padded_data) + unpadder.finalize()

# 输出解密后的结果
print("解密后的结果:", plaintext.decode())

在上述代码中，我们首先定义了一个密钥和密文，然后生成一个随机的初始化向量。接着我们使用Cipher对象创建一个SM4算法实例，并指定使用CBC模式和随机初始化向量。然后我们创建一个解密器，将密文解密并使用PKCS7填充方式去除填充，最后输出解密后的结果。

总结

通过本文的介绍，我们了解到了使用cryptography库在Python中实现SM4算法的方法。SM4算法作为一种高效、安全、易于实现的对称加密算法，在实际应用中有着广泛的用途。我们可以根据具体的需求，使用相应的加密模式和填充方式来实现数据的加解密。希望本文对你理解和应用SM4算法有所帮助。

表格：

模式 描述
CBC 密文分组连接模式（Cipher Block Chaining Mode）
ECB 电子密码本模式（Electronic Codebook Mode）
OFB 输出反馈模式（Output Feedback Mode）
CFB 密文反馈模式（Cipher Feedback Mode）
CTR