Sm4【国密4加密解密】实战

由于工作需要使用sm4加密一些个人隐私信息，就研究了一下sm4；感觉它和上章节讲的Rsa（非对称加密）很相似

国密算法SM1-SM4简介

SM1 ：为对称加密。其加密强度与AES相当。该算法不公开，调用该算法时，需要通过加密芯片的接口进行调用。

SM2：非对称加密算法，基于ECC。该算法已公开。由于该算法基于ECC，故其签名速度与秘钥生成速度都快于RSA。ECC
256位（SM2采用的就是ECC 256位的一种）安全强度比RSA 2048位高，但运算速度快于RSA。

SM3： 消息摘要。可以用MD5作为对比理解。该算法已公开。校验结果为256位。

SM4：无线局域网标准的分组数据算法。对称加密，密钥长度和分组长度均为128位。

sm4

我国国家密码管理局在20012年公布了无线局域网产品使用的SM4密码算法——商用密码算法。
它是分组算法当中的一种，算法特点是设计简沽，结构有特点，安全高效。
数据分组长度为128比特，密钥长度为128 比特。加密算法与密钥扩展算法都采用32轮迭代结构。
SM4密码算法以字节(8位)和字(32位)作为单位进行数据处理。

SM4密码算法是对合运算，因此解密算法与加密算法的结构相同，只是轮密钥的使用顺序相反，解密轮密钥是加密轮密钥的逆序。

SM4基本算法

SM4密码算法使用的基本运算为异或和循环移位。

异或：⊕，32位异或运算

循环移位：<<<i，把32位字循环左移i位

字：(32位)

1.依赖

    <!--sm4加密算法依赖-->
        <dependency>
            <groupId>org.bouncycastle</groupId>
            <artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId>
            <version>1.59</version>
        </dependency>

2.工具类

import java.security.Key;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.NoSuchProviderException;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.Security;
import java.util.Arrays;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
import org.bouncycastle.pqc.math.linearalgebra.ByteUtils;

/**
 * sm4加密算法工具类
 * @explain sm4加密、解密与加密结果验证 可逆算法
 * @Autor：jingyao
 */
public class Sm4Util {
    static {
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
    }
    private static final String ENCODING = "UTF-8";
    public static final String ALGORITHM_NAME = "SM4";
    // 加密算法/分组加密模式/分组填充方式
    // PKCS5Padding-以8个字节为一组进行分组加密
    // 定义分组加密模式使用：PKCS5Padding
    public static final String ALGORITHM_NAME_ECB_PADDING = "SM4/ECB/PKCS5Padding";
    // 128-32位16进制；256-64位16进制
    public static final int DEFAULT_KEY_SIZE = 128;

    /**
     * 生成ECB暗号
     * @explain ECB模式（电子密码本模式：Electronic codebook）
     * @param algorithmName 算法名称
     * @param mode 模式
     * @param key
     * @return
     * @throws Exception
     */
    private static Cipher generateEcbCipher(String algorithmName, int mode, byte[] key) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithmName, BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);
        Key sm4Key = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM_NAME);
        cipher.init(mode, sm4Key);
        return cipher;
    }

    /**
     * 自动生成密钥
     * @explain
     * @return
     * @throws NoSuchAlgorithmException
     * @throws NoSuchProviderException
     */
    public static byte[] generateKey() throws Exception {
        return generateKey(DEFAULT_KEY_SIZE);
    }


    //加密******************************************
    /**
     * @explain 系统产生秘钥
     * @param keySize
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] generateKey(int keySize) throws Exception {
        KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM_NAME, BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);
        kg.init(keySize, new SecureRandom());
        return kg.generateKey().getEncoded();
    }

    /**
     * sm4加密
     * @explain 加密模式：ECB 密文长度不固定，会随着被加密字符串长度的变化而变化
     * @param hexKey 16进制密钥（忽略大小写）
     * @param paramStr 待加密字符串
     * @return 返回16进制的加密字符串
     * @throws Exception
     */
    public static String encryptEcb(String hexKey, String paramStr) throws Exception {
        String cipherText = "";
        // 16进制字符串-->byte[]
        byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(hexKey);
        // String-->byte[]
        byte[] srcData = paramStr.getBytes(ENCODING);
        // 加密后的数组
        byte[] cipherArray = encrypt_Ecb_Padding(keyData, srcData);
        // byte[]-->hexString
        cipherText = ByteUtils.toHexString(cipherArray);
        return cipherText;
    }

    /**
     * 加密模式之Ecb
     * @param key
     * @param data
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] encrypt_Ecb_Padding(byte[] key, byte[] data) throws Exception {
        Cipher cipher = generateEcbCipher(ALGORITHM_NAME_ECB_PADDING, Cipher.ENCRYPT_MODE, key);//声称Ecb暗号,通过第二个参数判断加密还是解密
        return cipher.doFinal(data);
    }

    //解密****************************************
    /**
     * sm4解密
     * @explain 解密模式：采用ECB
     * @param hexKey 16进制密钥
     * @param cipherText 16进制的加密字符串（忽略大小写）
     * @return 解密后的字符串
     * @throws Exception
     */
    public static String decryptEcb(String hexKey, String cipherText) throws Exception {
        // 用于接收解密后的字符串
        String decryptStr = "";
        // hexString-->byte[]
        byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(hexKey);
        // hexString-->byte[]
        byte[] cipherData = ByteUtils.fromHexString(cipherText);
        // 解密
        byte[] srcData = decrypt_Ecb_Padding(keyData, cipherData);
        // byte[]-->String
        decryptStr = new String(srcData, ENCODING);
        return decryptStr;
    }

    /**
     * 解密
     * @explain
     * @param key
     * @param cipherText
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] decrypt_Ecb_Padding(byte[] key, byte[] cipherText) throws Exception {
        Cipher cipher = generateEcbCipher(ALGORITHM_NAME_ECB_PADDING, Cipher.DECRYPT_MODE, key);//生成Ecb暗号,通过第二个参数判断加密还是解密
        return cipher.doFinal(cipherText);
    }

    /**
     * 校验加密前后的字符串是否为同一数据
     * @explain
     * @param hexKey 16进制密钥（忽略大小写）
     * @param cipherText 16进制加密后的字符串
     * @param paramStr 加密前的字符串
     * @return 是否为同一数据
     * @throws Exception
     */
    public static boolean verifyEcb(String hexKey, String cipherText, String paramStr) throws Exception {
        // 用于接收校验结果
        boolean flag = false;
        // hexString-->byte[]
        byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(hexKey);
        // 将16进制字符串转换成数组
        byte[] cipherData = ByteUtils.fromHexString(cipherText);
        // 解密
        byte[] decryptData = decrypt_Ecb_Padding(keyData, cipherData);
        // 将原字符串转换成byte[]
        byte[] srcData = paramStr.getBytes(ENCODING);
        // 判断2个数组是否一致
        flag = Arrays.equals(decryptData, srcData);
        return flag;
    }

}

3.测试一下

import com.example.mybatiseplusdemo.util.Sm4Util;

public class Sm4Test {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            System.out.println("开始测试SM4加密解密====================");
            String json = "{\"name\":\"静瑶\",\"描述\":\"测试SM4加密解密\"}";
            System.out.println("加密前："+json);
            //自定义的32位16进制秘钥
            String key = "86C63180C2806ED1F47B859DE501215B";
            String cipher = Sm4Util.encryptEcb(key,json);//sm4加密
            System.out.println("加密后："+cipher);
            System.out.println("校验："+Sm4Util.verifyEcb(key,cipher,json));//校验加密前后是否为同一数据
            json = Sm4Util.decryptEcb(key,cipher);//解密
            System.out.println("解密后："+json);
            System.out.println("结束===================");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}