SM4（java实现）

package com.hps.test; import java.util.Arrays; public class SMS4 { private static final int ENCRYPT = 1; //定义全局静态变量 ENCRYPT，作为加密的标志 private static final int DECRYPT = 0; //定义全局静态变量DECRYPT，作为解密的标志 public static final int ROUND = 32; //SM4加密算法与秘钥可扩展算法需要进行32轮非线性迭代结构 private static final int BLOCK = 16; //定义全局静态变量BLOCK，作为明文块个数的计数 /******************************* * 说明：SM4 算法的S盒 *******************************/ private byte[] Sbox = { (byte) 0xd6, (byte) 0x90, (byte) 0xe9, (byte) 0xfe, (byte) 0xcc, (byte) 0xe1, 0x3d, (byte) 0xb7, 0x16, (byte) 0xb6, 0x14, (byte) 0xc2, 0x28, (byte) 0xfb, 0x2c, 0x05, 0x2b, 0x67, (byte) 0x9a, 0x76, 0x2a, (byte) 0xbe,0x04, (byte) 0xc3, (byte) 0xaa, 0x44, 0x13, 0x26, 0x49, (byte) 0x86, 0x06, (byte) 0x99, (byte) 0x9c, 0x42, 0x50, (byte) 0xf4, (byte) 0x91, (byte) 0xef, (byte) 0x98, 0x7a, 0x33, 0x54, 0x0b, 0x43, (byte) 0xed, (byte) 0xcf, (byte) 0xac, 0x62, (byte) 0xe4, (byte) 0xb3, 0x1c, (byte) 0xa9, (byte) 0xc9, 0x08, (byte) 0xe8, (byte) 0x95, (byte) 0x80, (byte) 0xdf, (byte) 0x94, (byte) 0xfa, 0x75, (byte) 0x8f, 0x3f, (byte) 0xa6, 0x47, 0x07, (byte) 0xa7, (byte) 0xfc, (byte) 0xf3, 0x73, 0x17, (byte) 0xba, (byte) 0x83, 0x59, 0x3c, 0x19, (byte) 0xe6, (byte) 0x85, 0x4f, (byte) 0xa8, 0x68, 0x6b, (byte) 0x81, (byte) 0xb2, 0x71, 0x64, (byte) 0xda, (byte) 0x8b, (byte) 0xf8, (byte) 0xeb, 0x0f, 0x4b, 0x70, 0x56, (byte) 0x9d, 0x35, 0x1e, 0x24, 0x0e, 0x5e, 0x63, 0x58, (byte) 0xd1, (byte) 0xa2, 0x25, 0x22, 0x7c, 0x3b, 0x01, 0x21, 0x78, (byte) 0x87, (byte) 0xd4, 0x00, 0x46, 0x57, (byte) 0x9f, (byte) 0xd3, 0x27, 0x52, 0x4c, 0x36, 0x02, (byte) 0xe7, (byte) 0xa0, (byte) 0xc4, (byte) 0xc8, (byte) 0x9e, (byte) 0xea, (byte) 0xbf, (byte) 0x8a, (byte) 0xd2, 0x40, (byte) 0xc7, 0x38, (byte) 0xb5, (byte) 0xa3, (byte) 0xf7, (byte) 0xf2, (byte) 0xce, (byte) 0xf9, 0x61, 0x15, (byte) 0xa1, (byte) 0xe0, (byte) 0xae, 0x5d, (byte) 0xa4, (byte) 0x9b, 0x34, 0x1a, 0x55, (byte) 0xad, (byte) 0x93, 0x32, 0x30, (byte) 0xf5, (byte) 0x8c, (byte) 0xb1, (byte) 0xe3, 0x1d, (byte) 0xf6, (byte) 0xe2, 0x2e, (byte) 0x82, 0x66, (byte) 0xca, 0x60, (byte) 0xc0, 0x29, 0x23, (byte) 0xab, 0x0d, 0x53, 0x4e, 0x6f, (byte) 0xd5, (byte) 0xdb, 0x37, 0x45, (byte) 0xde, (byte) 0xfd, (byte) 0x8e, 0x2f, 0x03, (byte) 0xff, 0x6a, 0x72, 0x6d, 0x6c, 0x5b, 0x51, (byte) 0x8d, 0x1b, (byte) 0xaf, (byte) 0x92, (byte) 0xbb, (byte) 0xdd, (byte) 0xbc, 0x7f, 0x11, (byte) 0xd9, 0x5c, 0x41, 0x1f, 0x10, 0x5a, (byte) 0xd8, 0x0a, (byte) 0xc1, 0x31, (byte) 0x88, (byte) 0xa5, (byte) 0xcd, 0x7b, (byte) 0xbd, 0x2d, 0x74, (byte) 0xd0, 0x12, (byte) 0xb8, (byte) 0xe5, (byte) 0xb4, (byte) 0xb0, (byte) 0x89, 0x69, (byte) 0x97, 0x4a, 0x0c, (byte) 0x96, 0x77, 0x7e, 0x65, (byte) 0xb9, (byte) 0xf1, 0x09, (byte) 0xc5, 0x6e, (byte) 0xc6, (byte) 0x84, 0x18, (byte) 0xf0, 0x7d, (byte) 0xec, 0x3a, (byte) 0xdc, 0x4d, 0x20, 0x79, (byte) 0xee, 0x5f, 0x3e, (byte) 0xd7, (byte) 0xcb, 0x39, 0x48 }; /***************************** * 固定参数CKi的取值 *****************************/ private int[] CK = { 0x00070e15, 0x1c232a31, 0x383f464d, 0x545b6269, 0x70777e85, 0x8c939aa1, 0xa8afb6bd, 0xc4cbd2d9, 0xe0e7eef5, 0xfc030a11, 0x181f262d, 0x343b4249, 0x50575e65, 0x6c737a81, 0x888f969d, 0xa4abb2b9, 0xc0c7ced5, 0xdce3eaf1, 0xf8ff060d, 0x141b2229, 0x30373e45, 0x4c535a61, 0x686f767d, 0x848b9299, 0xa0a7aeb5, 0xbcc3cad1, 0xd8dfe6ed, 0xf4fb0209, 0x10171e25, 0x2c333a41, 0x484f565d, 0x646b7279 }; /**************************** * 功能说明：实现对操作数x的循环左移y位功能 * 备 注：JAVA中的三个位移运算操作符说明 * << --左操作数按位左移，右操作数指定移动的位数 * >> --左操作数按位右移，右操作数指定移动的位数 * >>> --左操作数按位右移右操作数指定的位数，左边空出位用0填充 * 参数说明：int x 要进行循环移位的操作数 * int y 要进行循环移位的位数 ****************************/ private int Rotl(int x,int y) { return x<<y|x>>>(32-y); } /******************************** * 功能说明：实现非线性变换 * 备 注：在SM4中的非线性变换是由4个并行的S盒代替构成，为固定的8bit输入与8bit输出的替代，记为Sbox() * 参数说明： int A 32bit的操作数 ********************************/ private int ByteSub(int A){ return (Sbox[A>>>24&0xFF]&0xFF)<<24|(Sbox[A>>>16&0xFF]&0xFF)<<16|(Sbox[A>>>8&0xFF]&0xFF)<<8|(Sbox[A&0xFF]&0xFF); } /********************************* * 功能说明：实现线性变换L操作 * 备 注：将非线性变换的输出作为线性变换的输入，并且将输入与该输入的循环左移2bit位、循环左移10bit位、循环左移18bit * 位、循环左移24bit位进行异或运算，之后输出32bit的线性变换结果 * 参数说明： int B 32bit的操作数(来自非线性变换的操作结果) *********************************/ private int L1(int B) { return B^Rotl(B,2)^Rotl(B,10)^Rotl(B,18)^Rotl(B,24); // return B^(B<<2|B>>>30)^(B<<10|B>>>22)^(B<<18|B>>>14)^(B<<24|B>>>8); } /******************************* * 功能说明：将操作数B与B的循环左移13位、循环左移23位做异或运算 * 备 注：此处调用的Rot1（）功能函数实现循环移位操作 * 参数说明： int B 来自轮密码扩展中4个S盒的结果 ******************************/ private int L2 (int B) { return B^Rotl(B,13)^Rotl(B,23); // return B^(B<<13|B>>>19)^(B<<23|B>>>9); } /******************************** * 功能说明：秘钥扩展 * 参数说明： Key 加密秘钥（初始秘钥128bit） * rk 轮子秘钥 * CryptFlag 进行加密、解密操作的flag标志，当flag为1时为加密操作，当flag为0时进行解密操作 *************************************/ private void SMS4KeyExt(byte[] Key, int[] rk, int CryptFlag) { int r, mid; int[] x = new int[4]; int[] tmp = new int[4]; for (int i = 0; i < 4; i++) { //使用下面的语句，实现对初始秘钥的分组（分为4组,每组128/4=32bit） tmp[0] = Key[0 + 4 * i] & 0xFF; tmp[1] = Key[1 + 4 * i] & 0xff; tmp[2] = Key[2 + 4 * i] & 0xff; tmp[3] = Key[3 + 4 * i] & 0xff; x[i] = tmp[0] << 24 | tmp[1] << 16 | tmp[2] << 8 | tmp[3]; // x[i]=Key[0+4*i]<<24|Key[1+4*i]<<16|Key[2+4*i]<<8|Key[3+4*i]; } /******************************* * 系统参数FK的取值（取值固定） *******************************/ x[0] ^= 0xa3b1bac6; //Key (0)与FK（0）异或运算之后的结果 x[1] ^= 0x56aa3350; //Key (1)与FK（1）异或运算之后的结果 x[2] ^= 0x677d9197; //Key (2)与FK（2）异或运算之后的结果 x[3] ^= 0xb27022dc; //Key (3)与FK（3）异或运算之后的结果 for (r = 0; r < 32; r += 4) { //实现K(r+1)、K(r+2)、K(r+3)与CK(i)的异或运算操作 mid = x[1] ^ x[2] ^ x[3] ^ CK[r + 0]; //调用函数ByteSub实现S盒置换 mid = ByteSub(mid); // 将变换之后的结果与自身的循环左移13、23位做异或运算 rk[r + 0] = x[0] ^= L2(mid); // rk0=K4 原因： rk(i)=K(i+4) //下面的操作与以上雷同 mid = x[2] ^ x[3] ^ x[0] ^ CK[r + 1]; mid = ByteSub(mid); rk[r + 1] = x[1] ^= L2(mid); // rk1=K5 mid = x[3] ^ x[0] ^ x[1] ^ CK[r + 2]; mid = ByteSub(mid);