国密算法系列之对称分组加密算法SM4

国密系列算法中的SM4为对称分组加密算法，在信息安全领域中用于对消息进行加密，保护消息的私密性。
国际标准的常用对称分组加密算法有DES，AES等。
本文采用图解的方式介绍SM4算法。

SM4算法图解

整体流程

SM4算法的块长度为128位，密钥长度也为128位，加密过程如以下动画所示，解密过程和加密过程结构相同，仅轮密钥逆序使用。

轮函数

从上图看出，密钥扩展和加密过程中，都用到了轮函数 Z=F(A,B,C,D,E) Z = F ( A , B , C , D , E ) ，其中ABCDEZ均为长度为4字节的字，轮函数的结构如下图所示：

τ τ 变换

τ τ 变换为轮函数中的非线性变换过程，即将AA的四个字节并行进行S盒替换，以字节0xEF为例, 它被替换为S盒中的第E行，第F列对应的值0x84，SM4的S盒如下：

L变换

L变换为为轮函数中的线性变换过程，对于加密过程的轮函数，L变换为：

L(BB)=BB⊕(BB<<<2)⊕(BB<<<10)⊕(BB<<<18)⊕(BB<<<24) L ( B B ) = B B ⊕ ( B B <<< 2 ) ⊕ ( B B <<< 10 ) ⊕ ( B B <<< 18 ) ⊕ ( B B <<< 24 )

对于密钥扩展过程的轮函数，L’变换为：

L(BB)=BB⊕(BB<<<13)⊕(BB<<<23) L ( B B ) = B B ⊕ ( B B <<< 13 ) ⊕ ( B B <<< 23 )