SM3密码杂凑算法原理

1.概述

SM3是中华人民共和国政府采用的一种密码散列函数标准，由国家密码管理局于2010年12月17日发布。相关标准为“GM/T 0004-2012 《SM3密码杂凑算法》”。

在商用密码体系中，SM3主要用于数字签名及验证、消息认证码生成及验证、随机数生成等，其算法公开。据国家密码管理局表示，其安全性及效率与SHA-256相当。

在信息安全中，有许多重要的应用，都使用了密码散列函数来实现，例如数字签名，消息认证码。

特性

一个理想的密码散列函数应该有四个主要的特性：

• 对于任何一个给定的消息，它都很容易就能运算出散列数值。

• 难以由一个已知的散列数值，去推算出原始的消息。

• 在不更动散列数值的前提下，修改消息内容是不可行的。

• 对于两个不同的消息，它不能给与相同的散列数值。

本文主要介绍了SM3密码杂凑算法的计算方法和计算步骤，感兴趣的读者可以了解SM3算法背后的数学原理，源码会在另一篇文章介绍：https://blog.csdn.net/cg129054036/article/details/83036322。

 

2、算法描述

2.1 概述

对长度为l(l < 264) 比特的消息m， SM3杂凑算法经过填充和迭代压缩，生成杂凑值，杂凑值长度为256比特。

2.2 填充

假设消息m 的长度为l 比特。首先将比特“1”添加到消息的末尾，再添加k 个“0”， k是满足l + 1 + k ≡ 448mod512 的最小的非负整数。然后再添加一个64位比特串，该比特串是长度l的二进制表示。填充后的消息m′ 的比特长度为512的倍数。
例如：对消息01100001 01100010 01100011，其长度l=24，经填充得到比特串：

2.3 迭代压缩

将填充后的消息m′按512比特进行分组：
其中n=(l+k+65)/512。
对m′按下列方式迭代：
FOR i=0 TO n-1
        
ENDFOR
其中CF是压缩函数， 为256比特初始值IV， 为填充后的消息分组，迭代压缩的结果为。

初始向量为：IV= 7380166f 4914b2b9 172442d7 da8a0600 a96f30bc 163138aa e38dee4d b0fb0e4e

流程如图所示：

2.3 消息扩展

2.4 压缩函数

令A,B,C,D,E,F,G,H为字寄存器，SS1,SS2,TT1,TT2为中间变量，压缩函数，计算过程描述如下：

中间计算过程如图所示：

2.5 杂凑值