关于国密对接遇到加密解密不兼容的问题
标题问题描述：
不同组件之间SM4加密解密不兼容
问题来源：
我校购买的一套“一卡通”系统中，使用的WebApi接口。
发现问题：
按照说明文档编写代码后，返回的数据无法解密。在C#之下，我尝试过BouncyCastle组件（用户数量超过4000万）、Sw.ChinaEncryptSM、Vive.Crypto。。。均无法解密。
研究问题：
跟该公司相关技术人员沟通交流、百度搜索、无尽地猜测、尝试。
问题回顾:
该公司提供的产品文档中，仅有如何加密的Java示例，但无解密的Java示例，且在百度上搜不到用于加密解密的Java类。公司的技术人员仅提供了一段go语言写的解密代码后，再无法提供其它的与C#相关资料。
go语言示例代码如下：
package main
import (
"crypto/cipher"
"encoding/hex"
"fmt"
"github.com/tjfoc/gmsm/sm4"
)
func sm4Dectypt(cipherText, key []byte) []byte {
block, err := sm4.NewCipher(key)
if err != nil {
panic(err)
}
iv := []byte("-----------------------------------")
blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(block, iv)
blockMode.CryptBlocks(cipherText, cipherText)
// plainText := unpaddingLastGroup(cipherText)
return cipherText
}
func main() {
key := []byte("-------------------")
data1, _ := hex.DecodeString("----------------")
plainText := sm4Dectypt(data1, key)
fmt.Printf("解密结果 = %s\n", plainText)
}
从"github.com/tjfoc/gmsm/sm4"可以看出，加密和解密用到github上一个项目。但github上此项目已经超过2年未更新。但，这段代码却可以解密服务器返回的数据。经过尝试，引用该项目也可完成加密。
经过对比，发现该项目中SM4加密的结果与C#中相关国密组件的加密结果不同，也就是该项目中的加密解密与其他标准组件存在兼容性问题。
由于我校已经正式用该“一卡通”系统，因此，修改加密系统可能性不大，同时还会扯到费用的问题。因此，我们考虑将该github上的go代码移植到.NET平台，后来发现工作量巨大，遂放弃。从而考虑使用黑盒的方式使用该github项目，也就是将其编译成一个dll文件，然后在C#中调用。
将go代码编译成dll文件
由于需要不断尝试，因此，编写一个脚本文件来完成编译工作：
PATH=%PATH%;C:\TDM-GCC-64\bin
echo %PATH%
set cgo_enabled=1
go build -a -ldflags="-w -s" -buildmode=c-shared -o SM3SM4GO.dll SM3SM4_CDUT_LIB.go
copy /y SM3SM4GO.dll C:\Users\Zmrbak\source\repos\ConsoleApp7\ConsoleApp7\
这里注意，需要安装gcc编译器。这里，我选择了“TDM-GCC-64”，相比来说安装简单方便，而且够用。
build：编译
-a ：覆盖
-ldflags=“-w -s” ：去除 DWARF调试信息、符号信息，以减小体积。
-buildmode=c-shared：构建模式，C共享方式
-o SM3SM4GO.dll：输出文件
SM3SM4_CDUT_LIB.go：go源文件
加密解密的坑
经过解密后，发现数据中有一个小尾巴（乱码,二进制0x80），反映给技术人员后，技术人员告知，是特意加上去的。
由于从服务器返回的数据解密后，是一个JSON字符串，却多了一个乱码小尾巴。本人直觉，觉得应该在Json反序列化前，得把数据处理干净，否则解析会出错（未验证），于是在解密代码中特意加了去掉小尾巴的逻辑。
后来才知道，加密的数据二进制位，必须是16的倍数，如果不足的话，需要用0补齐，该公司在末尾添加了一个0x80，以表示字符串结束，因此在解密的时候会有一个乱码小尾巴。（在我的记忆中，C字符串结束应该是0x00，也就是0，不知道这个公司为何用0x80）
编写go代码，封装加密解密
package main
import "C"
import (
"crypto/cipher"
"encoding/base64"
"encoding/hex"
"github.com/tjfoc/gmsm/sm3"
"github.com/tjfoc/gmsm/sm4"
)
func main() {}
//export Sm4Decrypt
func Sm4Decrypt(cipherText *C.char, secretKey *C.char, secretIV *C.char, outParam **C.char, outline *C.int) bool {
//将十六进制字符串转换为一个byte数组
cipherBytes, _ := hex.DecodeString(C.GoString(cipherText))
//将字符串转换为byte数组
secretBytes := []byte(C.GoString(secretKey))
ivBytes := []byte(C.GoString(secretIV))
//解密
block, err := sm4.NewCipher(secretBytes)
if err != nil {
panic(err)
}
blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(block, ivBytes)
blockMode.CryptBlocks(cipherBytes, cipherBytes)
//将解密后的内容以Base64编码成一个字符串，然后返回
res := base64.StdEncoding.EncodeToString(cipherBytes)
*outParam = C.CString(res)
*outline = C.int(len(C.GoString(*outParam)))
return true
}
//export Sm4Encrypt
func Sm4Encrypt(plainText *C.char, secretKey *C.char, secretIV *C.char, outParam **C.char, outline *C.int) bool {
//将字符串转换为byte数组
textBytes := []byte(C.GoString(plainText))
secretBytes := []byte(C.GoString(secretKey))
ivBytes := []byte(C.GoString(secretIV))
//16字节对齐
len1 := len(textBytes) + 1
len2 := len1
if len2 <= 16 {
len2 = 16
}
len3 := (16 - len2%16) + len2
//固定长度数组
buf := make([]byte, len3)
//len1最初长度 len1-1
for i := 0; i < len1-1; i++ {
buf[i] = textBytes[i]
}
//末尾添加尾巴
buf[len1-1] = 0x80
//加密
block, err := sm4.NewCipher(secretBytes)
if err != nil {
panic(err)
}
blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(block, ivBytes)
blockMode.CryptBlocks(buf, buf)
//将加密后的内容以Base64编码成一个字符串，然后返回
res := base64.StdEncoding.EncodeToString(buf)
*outParam = C.CString(res)
*outline = C.int(len(C.GoString(*outParam)))
return true
}
//export Sm3Hash
func Sm3Hash(plainText *C.char, outParam **C.char, outline *C.int) bool {
textBytes := []byte(C.GoString(plainText))
hash := sm3.New()
hash.Write(textBytes)
buf := hash.Sum(nil)
//将加密后的内容以Base64编码成一个字符串，然后返回
res := base64.StdEncoding.EncodeToString(buf)
*outParam = C.CString(res)
*outline = C.int(len(C.GoString(*outParam)))
return true
}
这里需要注意：
1、import “C” 这一句不能少。
2、被导出的函数，前面得加**//export** 然后加函数名
3、func main() {}，虽然没用，但不能少
4、输入的字符串参数类型： *C.char，其实就是C字符串，然后处理的时候，还得转成go字符串
5、输出的字符串参数类型： **C.char
6、输出的整数参数类型：*C.int
7、通常情况下，会缺少两个包。需要在项目终端中运行这两条指令来添加：“go get github.com/tjfoc/gmsm/sm3”、“go get github.com/tjfoc/gmsm/sm4”。要求：科学上网。
编译后，可以得到一个dll文件。
不足之处：本人一边百度，一边写go代码，总算跑起来了。也就是说能用，但绝不是优质代码。网上的示例仅搜到传字符串、传整数，未搜到传数组。因此，最后对最终数据用base64进行了一次封装，当作字符串返回，效率肯定不高，但，能用。
在C#中对dll进行二次封装
如果要在C#中使用这个go语言写的dll，那么需要使用P/Invoke互操作技术，与在C#中直接调用Windows Api一样。但对于C#这种高级的面向对象的语言来说，显得太Low，于是将其封装成两个类，分别对应于SM3、SM4。剪尾巴的工作、16字节对齐的工作，都在这个封装里完成。
在使用这两个类的时候，可直接输入字符串，返回字符串。不需要再关心尾巴、不需要在关心16字节对齐。
C#代码如下：
public static class SM3
{
public static string Hash(string plainText)
{
var cipherBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(plainText);
IntPtr ptr = IntPtr.Zero;
int outlen = -1;
Sm3Hash(cipherBytes, ref ptr, ref outlen);
if (outlen > 0)
{
var result = new byte[outlen];
Marshal.Copy(ptr, result, 0, outlen);
var byteString = Encoding.UTF8.GetString(result);
var result2 = Convert.FromBase64String(byteString);
return result2.ConvertToHexString();
}
return null;
}
public static string ConvertToHexString(this byte[] byteArray)
{
var sb = new StringBuilder(byteArray.Length);
for (int i = 0; i < byteArray.Length; i++)
{
sb.Append(byteArray[i].ToString("X2"));
}
return sb.ToString();
}
[DllImport("SM3SM4GO.dll", CharSet = CharSet.Ansi)]
private static extern bool Sm3Hash(byte[] plainText, ref IntPtr outstr, ref int outlen);
}
CM4的代码
public static class SM4
{
public static string Decrypt(string cipherText, string cipherKey, string cipherIV = null)
{
return SM4_De_En_ctypt(false, cipherText, cipherKey, cipherIV);
}
public static string Encrypt(string plainText, string cipherKey, string cipherIV = null)
{
return SM4_De_En_ctypt(true, plainText, cipherKey, cipherIV);
}
private static string SM4_De_En_ctypt(bool enctypt, string cipherText, string cipherKey, string cipherIV = null)
{
var cipherBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(cipherText);
var keyBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(cipherKey);
var ivBytes = keyBytes;
if (cipherIV != null)
{
ivBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(cipherIV);
}
IntPtr ptr = IntPtr.Zero;
int outlen = -1;
if (enctypt == true)
{
//加密
Sm4Encrypt(cipherBytes, keyBytes, ivBytes, ref ptr, ref outlen);
if (outlen > 0)
{
var result = new byte[outlen];
Marshal.Copy(ptr, result, 0, outlen);
var byteString = Encoding.UTF8.GetString(result);
var result2 = Convert.FromBase64String(byteString);
return result2.ConvertToHexString();
}
}
else
{
//解密
Sm4Decrypt(cipherBytes, keyBytes, ivBytes, ref ptr, ref outlen);
if (outlen > 0)
{
var result = new byte[outlen];
Marshal.Copy(ptr, result, 0, outlen);
var byteString = Encoding.UTF8.GetString(result);
var result2 = Convert.FromBase64String(byteString);
//查找小尾巴的位置(0x80)
int tailIndex = result2.Length - 1;
for (; tailIndex >= 0; tailIndex--)
{
if (result2[tailIndex] == 0x80) break;
}
//去除小尾巴后面的数据
var bytes = new byte[tailIndex];
Array.Copy(result2, bytes, tailIndex);
return Encoding.UTF8.GetString(bytes);
}
}
return null;
}
[DllImport("SM3SM4GO.dll", CharSet = CharSet.Ansi)]
private static extern bool Sm4Decrypt(byte[] cipherBytes, byte[] keyBytes, byte[] IVBytes, ref IntPtr outstr, ref int outlen);
[DllImport("SM3SM4GO.dll", CharSet = CharSet.Ansi)]
private static extern bool Sm4Encrypt(byte[] plainBytes, byte[] keyBytes, byte[] IVBytes, ref IntPtr outstr, ref int outlen);
}
C#调用
封装完毕后，可以将其编译成一个DLL文件，比如SM3SM4CS.dll（C#二次封装dll），再配合之前SM3SM4GO.dll（go语言编写的dll文件），就可以向下面代码一样简单地完成字符串的加密和解密，而无需关心加密解密的内部实现。
static void Main(string[] args)
{
var cipherText = "C06FFCB5FDD40F45B444CDB4E1109DD9F404F85E57ECD0A0E4CF53FE400153E4";
var key = "NEWCAPECNEWCAPEC";
//解密 OK
var data = SM4.Decrypt(cipherText, key);
Console.WriteLine("解密:"+ data);
//加密
var plainText = "This is a plain text to be encrypted!";
Console.WriteLine("明文:" + plainText);
var data2 = SM4.Encrypt(plainText, key);
Console.WriteLine("密文:"+ data2);
if (data2 != null)
{
var data3 = SM4.Decrypt(data2, key);
Console.WriteLine("解密:" + data3);
}
var sm3String = SM3.Hash(data2).ToLower();
Console.WriteLine("签名:"+ sm3String);
}
结束语
加密解密，终于搞定了，接下来。。。从服务器获得的数据，没有有效内容！
还得折腾。。。
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