SM4加密算法简介及Python实现

引言

SM4是中国提出的一种分组密码算法,是一种对称加密算法,适用于各种网络传输和数据存储场景。本文将介绍SM4算法的基本原理、加密过程和解密过程,并提供Python代码示例供读者参考。

算法原理

SM4算法的设计思路基于Feistel结构,包含4个主要的运算步骤:轮密钥加、S盒替代、线性变换和轮函数。下面将对这些步骤进行详细的介绍。

轮密钥加

SM4算法使用了一个128位的密钥,将其分为32个32位的子密钥。在每一轮加密中,将明文与一个子密钥进行异或运算,以增加密码的随机性和安全性。

S盒替代

SM4算法使用了8个S盒,每个S盒都是一个16x16的置换表。在加密过程中,将明文分为4个8位的字节,并使用对应的S盒进行替代,增加密码的混淆性。

线性变换

线性变换是SM4算法中的一个重要步骤,它对明文进行矩阵运算,使得输出结果与输入结果之间的关联性变得很小,增加密码的复杂性。具体的线性变换运算可以参考SM4算法的标准文档。

轮函数

轮函数是SM4算法的核心,它包含了4个基本的运算步骤:S盒替代、线性变换、轮密钥加和模2的32次方运算。轮函数的运算过程是多次迭代的,每一轮都会产生一个新的输出,作为下一轮的输入。

代码实现

下面是使用Python实现的SM4加密代码示例:

import binascii

# S盒
S_BOX = [
    0xd6, 0x90, 0xe9, 0xfe, 0xcc, 0xe1, 0x3d, 0xb7, 0x16, 0xb6, 0x14, 0xc2, 0x28, 0xfb, 0x2c, 0x05,
    0x2b, 0x67, 0x9a, 0x76, 0x2a, 0xbe, 0x04, 0xc3, 0xaa, 0x44, 0x13, 0x26, 0x49, 0x86, 0x06, 0x99,
    0x9c, 0x42, 0x50, 0xf4, 0x91, 0xef, 0x98, 0x7a, 0x33, 0x54, 0x0b, 0x43, 0xed, 0xcf, 0xac, 0x62,
    0xe4, 0xb3, 0x1c, 0xa9, 0xc9, 0x08, 0xe8, 0x95, 0x80, 0xdf, 0x94, 0xfa, 0x75, 0x8f, 0x3f, 0xa6,
    0x47, 0x07, 0xa7, 0xfc, 0xf3, 0x73, 0x17, 0xba, 0x83, 0x59, 0x3c, 0x19, 0xe6, 0x85, 0x4f, 0xa8,
    0x68, 0x6b, 0x81, 0xb2, 0x71, 0x64, 0xda, 0x8b, 0xf8, 0xeb, 0x0f, 0x4b, 0x70, 0x56, 0x9d, 0x35,
    0x1e, 0x24, 0x0e, 0x5e, 0x63, 0x58, 0xd1, 0xa2, 0