SM4 算法原理

这篇文章介绍SM4算法原理，这部分可能会比较枯燥，但数学要求也不是太高。

可以参考的百度文档：

https://wenku.baidu.com/view/e66938055acfa1c7aa00cca7.html?from=search

1.概述
2012年3月，国家密码管理局正式公布了包含SM4分组密码算法在内的《祖冲之序列密码算法》等6项密码行业标准。与DES和AES算法类似，SM4算法是一种分组密码算法。其分组长度为128bit，密钥长度也为128bit。加密算法与密钥扩展算法均采用32轮非线性迭代结构，以字（32位）为单位进行加密运算，每一次迭代运算均为一轮变换函数F。SM4算法加/解密算法的结构相同，只是使用轮密钥相反，其中解密轮密钥是加密轮密钥的逆序。SM4算法的整体结构如图所示：

SM4算法结构图：

2. 参数产生
1. 字节由8位2进制数表示，字由32位2进制数表示；

2. S盒为固定的8bit输入和输出置换；

3. 加密密钥长度为128bit，表示为，其中MKi (i=0,1,2,3)为字。轮密钥表示为rki（i=0,1,2…..,31）为字。FK=(FK0,FK1,FK2,FK3)为系统参数，CK=(CK0,CK1,…..,CK31)为固定参数，都为字。

3. 轮函数
整体的加密函数为：

其中T为一个合成置换，由非线性变换和线性变换复合而成。

非线性变换由4个平行的S盒构成，S盒的数据均采用16进制。
线性变换公式如下，其中B为非线性变换得到的字

4. 密钥扩展
已知加密密钥，系统参数FK=(FK0,FK1,FK2,FK3)，固定参数CK=(CK0,CK1,…..,CK31).

rki为轮密钥，轮密钥由加密密钥生成。

首先，

然后对i=0,1,2,…,31:

改变换与加密中的T变换基本相同，只是将其中的线性变换改为：，由于系统参数个固定参数是已知的，轮密钥即可求得。

5. 加密/解密过程
加密最后一轮变换时，输出为：

最后输出是加密的反序，解密时只是将轮密钥的使用顺序进行逆向进行。
 

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