使用 Java Bouncy Castle实现国密算法SM4、SM3以及SM2的加密
国密算法的实现借助了Java库函数 Bouncy Castle，加密库安装使用教程请参考链接
SM4
简介
SM4，又称为商密算法，是一种分组密码算法，于2012年由中国密码技术研究中心（中国密码学会成员）发布，目前已成为我国国家密码算法，并在多个领域得到了广泛的应用。SM4算法采用了32轮迭代结构，密钥长度为128位，分组长度为128位，支持ECB、CBC等多种分组模式，在安全性、效率和适用性上都得到了良好的平衡。SM4算法具有高速度、高安全性、硬件实现简单等特点，可以在多种安全场景中使用，比如对称加密、消息认证码等方面。同时，SM4算法已经经过了严格的国际标准测试，成为ISO/IEC 18033-4标准。
注意：代码加解密对象为文件，测试时请自行替换
代码
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.Security;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
public class SM4 {
private static final String name="SM4"; //算法名字
private static final String transformation="SM4/CBC/PKCS5Padding"; //加密模式以及短快填充方式
private static final String Default_iv="0123456789abcdef"; //加密使用的初始向量
/**
* 加载指定文件，对其进行加密，并将加密结果写入指定输出文件中
* @param inputFile 要加密的输入文件路径
* @param outputFile 加密后的输出文件路径
* @param key 加密所需的密钥
* @throws Exception 如果文件读取、加密或写入时出现错误，则抛出异常
*/
private static void encodeFile(String inputFile, String outputFile, String key) throws Exception {
// 读取输入文件中的所有字节
byte [] inputBytes = Files.readAllBytes(Paths.get(inputFile));
// 对输入字节数组进行加密
byte [] encodeByte = encode(inputBytes, key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
// 将加密后的字节数组写入指定输出文件中
Files.write(Paths.get(outputFile),encodeByte);
System.out.println("File encoded successfully.");
}
/**
* 使用指定的加密算法和密钥对给定的字节数组进行加密
* @param inputByte 要加密的字节数组
* @param key 加密所需的密钥
* @return 加密后的字节数组
* @throws Exception 如果加密时发生错误，则抛出异常
*/
public static byte [] encode(byte [] inputByte, byte [] key) throws Exception {
// 获取加密实例
Cipher c = Cipher.getInstance(transformation);
// 根据密钥的字节数组创建 SecretKeySpec
SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(key, name);
// 创建 IvParameterSpec 对象，使用默认向量和字符集
IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(Default_iv.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
// 初始化加密实例
c.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec, ivParameterSpec);
// 返回加密后的字节数组
return c.doFinal(inputByte);
}
public static void decodeFile(String inputFilePath, String outputFilePath, String key) throws Exception {
byte[] inputBytes = Files.readAllBytes(Paths.get(inputFilePath));
byte[] decodeBytes = decode(inputBytes, key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
Files.write(Paths.get(outputFilePath), decodeBytes);
System.out.println("File decode successfully.");
}
private static byte[] decode(byte[] inputBytes, byte[] key) throws Exception {
Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(key, name);
IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(Default_iv.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec, ivParameterSpec);
return cipher.doFinal(inputBytes);
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
String inputFile="Test.txt"; //需要加密的文件
String enFile="Encode.txt"; //加密后的文件
String deFile="Decode.txt"; //解密后的文件
String key="0123456789ABCDEF"; //加密密钥，注意必须是128bits，即16个字节
encodeFile(inputFile,enFile,key);
decodeFile(enFile,deFile,key);
}
}
结果（部分截图）
Test.txt
Encode.txt
Decode.txt
SM3
简介
SM3是一种国家密码算法，也称为商用密码算法，是我国的一种哈希函数，用于信息安全领域。它基于Merkle–Damgård结构，采用了与SHA-256类似的位操作，并且设计了一个可调节的消息扰动函数。SM3保证了生日攻击下的安全强度，并提供了碰撞和预图攻击的防护。
代码
import org.bouncycastle.crypto.digests.SM3Digest;
import org.bouncycastle.util.encoders.Hex;
import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;
public class SM3Test {
/**
* 使用SM3算法计算给定输入的摘要值
* @param inputBytes 要进行摘要计算的输入字符串
* @return 给定输入的摘要值
*/
private static byte[] calculateSM3Digest( byte [] inputBytes) {
//创建 SM3Digest 对象
SM3Digest digest = new SM3Digest();
//将输入字符串转为字节数组，并使用该字节数组更新摘要对象的内部状态，以便进行计算
// byte[] inputBytes = input.getBytes();
digest.update(inputBytes, 0, inputBytes.length);
//创建一个输出字节数组，调用 doFinal 方法完成哈希计算，并将结果存入输出数组
byte[] output = new byte[digest.getDigestSize()];
digest.doFinal(output, 0);
//返回摘要字节数组
return output;
}
public static void main(String[] args) {
String filePath = "src/Test.java";
try {
byte [] inputBytes = Files.readAllBytes(Paths.get(filePath));
byte[] digest = calculateSM3Digest(inputBytes);
String hexDigest = Hex.toHexString(digest);
System.out.println("SM3 Digest: " + hexDigest);
} catch (IOException e) {
System.out.println("An error occurred while reading the file: " + e.getMessage());
}
}
}
结果
SM2
简介
SM2是一种我国的国家密码算法，采用基于椭圆曲线密码学的公钥密码体制，在数字签名、密钥协商、密钥交换和公钥加密场景中可广泛使用。其密钥长度为256位，安全等级高于普遍采用的RSA或DSA算法。在SM2算法中，密钥交换、数字签名和公钥加密均采用同一种椭圆曲线和同一种哈希算法，具有自主知识产权、高效率和安全性高等特点。并且SM2算法已经成为国际标准ISO/IEC 14888-3并得到了广泛应用。
代码
public class SM2 {
public SM2(){ }
static { //加载BC驱动
if (Security.getProvider(BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME) == null)
new BouncyCastleProvider();
}
// 生成sm2密钥对
public KeyPair createECKeyPair() {
//使用标准名称创建EC参数生成的参数规范
final ECGenParameterSpec sm2Spec = new ECGenParameterSpec("sm2p256v1");
// 获取一个椭圆曲线类型的密钥对生成器
final KeyPairGenerator kpg;
try {
kpg = KeyPairGenerator.getInstance("EC", new BouncyCastleProvider());
// 使用SM2算法域参数集初始化密钥生成器（默认使用最高优先级安装的提供者的 SecureRandom 的实现作为随机源）
// kpg.initialize(sm2Spec);
// 使用SM2的算法域参数集和指定的随机源初始化密钥生成器
kpg.initialize(sm2Spec, new SecureRandom());
// 通过密钥生成器生成密钥对
return kpg.generateKeyPair();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return null;
}
}
/*
*公钥加密
* @param publicKey SM2公钥
* @param data 明文数据
* @param modeType 加密模式
* @return 密文数据
*/
public byte[] encode(String publicKeyHex, byte[] inputBytes, int modeType){
//加密模式
//
BCECPublicKey publicKey = getECPublicKeyByPublicKeyHex(publicKeyHex);
SM2Engine.Mode mode;
if (modeType == 1) {//采用新模式加密标准
mode = SM2Engine.Mode.C1C3C2;
} else {//采用旧模式加密标准
mode = SM2Engine.Mode.C1C2C3;
}
//通过公钥对象获取公钥的基本域参数。
ECParameterSpec ecParameterSpec = publicKey.getParameters();
ECDomainParameters ecDomainParameters = new ECDomainParameters(ecParameterSpec.getCurve(),
ecParameterSpec.getG(), ecParameterSpec.getN());
//通过公钥值和公钥基本参数创建公钥参数对象
ECPublicKeyParameters ecPublicKeyParameters = new ECPublicKeyParameters(publicKey.getQ(), ecDomainParameters);
//根据加密模式实例化SM2公钥加密引擎
SM2Engine sm2Engine = new SM2Engine(mode);
//初始化加密引擎
sm2Engine.init(true, new ParametersWithRandom(ecPublicKeyParameters, new SecureRandom()));
byte[] arrayOfBytes = null;
try {
//通过加密引擎对字节数串行加密
arrayOfBytes = sm2Engine.processBlock(inputBytes, 0, inputBytes.length);
} catch (Exception e) {
System.out.println("SM2加密时出现异常:" + e.getMessage());
e.printStackTrace();
}
return arrayOfBytes;
}
/**
* 私钥解密
*
* @param privateKeyHex SM私钥
* @param cipherBytes 密文数据
* @param modeType 加密模式
* @return 解密后的明文
*/
public static byte[] decode(String privateKeyHex, byte[] cipherBytes, int modeType) {
//解密模式
SM2Engine.Mode mode;
BCECPrivateKey privateKey = getBCECPrivateKeyByPrivateKeyHex(privateKeyHex);
if (modeType == 1) {
mode = SM2Engine.Mode.C1C3C2;
} else {
mode = SM2Engine.Mode.C1C2C3;
}
//通过私钥对象获取私钥的基本域参数。
ECParameterSpec ecParameterSpec = privateKey.getParameters();
ECDomainParameters ecDomainParameters = new ECDomainParameters(ecParameterSpec.getCurve(),
ecParameterSpec.getG(), ecParameterSpec.getN());
//通过私钥值和私钥基本参数创建私钥参数对象
ECPrivateKeyParameters ecPrivateKeyParameters = new ECPrivateKeyParameters(privateKey.getD(),
ecDomainParameters);
//通过解密模式创建解密引擎并初始化
SM2Engine sm2Engine = new SM2Engine(SM2Engine.Mode.C1C3C2);
sm2Engine.init(false, ecPrivateKeyParameters);
byte[] arrayOfBytes = null;
try {
//通过解密引擎对密文字节串进行解密
arrayOfBytes = sm2Engine.processBlock(cipherBytes, 0, cipherBytes.length);
} catch (Exception e) {
System.out.println("SM2解密时出现异常" + e.getMessage());
}
return arrayOfBytes;
}
//椭圆曲线ECParameters ASN.1 结构
private static X9ECParameters x9ECParameters = GMNamedCurves.getByName("sm2p256v1");
//椭圆曲线公钥或私钥的基本域参数。
private static ECParameterSpec ecDomainParameters = new ECParameterSpec(x9ECParameters.getCurve(), x9ECParameters.getG(), x9ECParameters.getN());
/**
* 公钥字符串转换为 BCECPublicKey 公钥对象
*
* @param pubKeyHex 64字节十六进制公钥字符串(如果公钥字符串为65字节首字节为0x04：表示该公钥为非压缩格式，操作时需要删除)
* @return BCECPublicKey SM2公钥对象
*/
public static BCECPublicKey getECPublicKeyByPublicKeyHex(String pubKeyHex) {
//截取64字节有效的SM2公钥（如果公钥首字节为0x04）
if (pubKeyHex.length() > 128) {
pubKeyHex = pubKeyHex.substring(pubKeyHex.length() - 128);
}
//将公钥拆分为x,y分量（各32字节）
String stringX = pubKeyHex.substring(0, 64);
String stringY = pubKeyHex.substring(stringX.length());
//将公钥x、y分量转换为BigInteger类型
BigInteger x = new BigInteger(stringX, 16);
BigInteger y = new BigInteger(stringY, 16);
//通过公钥x、y分量创建椭圆曲线公钥规范
ECPublicKeySpec ecPublicKeySpec = new ECPublicKeySpec(x9ECParameters.getCurve().createPoint(x, y), ecDomainParameters);
//通过椭圆曲线公钥规范，创建出椭圆曲线公钥对象（可用于SM2加密及验签）
return new BCECPublicKey("EC", ecPublicKeySpec, BouncyCastleProvider.CONFIGURATION);
}
/**
* 私钥字符串转换为 BCECPrivateKey 私钥对象
*
* @param privateKeyHex: 32字节十六进制私钥字符串
* @return BCECPrivateKey:SM2私钥对象
*/
public static BCECPrivateKey getBCECPrivateKeyByPrivateKeyHex(String privateKeyHex) {
//将十六进制私钥字符串转换为BigInteger对象
BigInteger d = new BigInteger(privateKeyHex, 16);
//通过私钥和私钥域参数集创建椭圆曲线私钥规范
ECPrivateKeySpec ecPrivateKeySpec = new ECPrivateKeySpec(d, ecDomainParameters);
//通过椭圆曲线私钥规范，创建出椭圆曲线私钥对象（可用于SM2解密和签名）
return new BCECPrivateKey("EC", ecPrivateKeySpec, BouncyCastleProvider.CONFIGURATION);
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
String Sm4Key="0123456789abcdef";
String sm2PublicKeyHex=null;
String sm2PrivateKeyHex=null;
SM2 sm2=new SM2();
// 生成SM2密钥
KeyPair keyPair = sm2.createECKeyPair();
PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
if (publicKey instanceof BCECPublicKey){
//获取65字节非压缩的十六进制公钥串(0x04)
byte[] publicKeyBytes = ((BCECPublicKey) publicKey).getQ().getEncoded(false);
sm2PublicKeyHex = Hex.toHexString(publicKeyBytes);
}
if (privateKey instanceof BCECPrivateKey) {
//获取32字节十六进制私钥串
sm2PrivateKeyHex = ((BCECPrivateKey) privateKey).getD().toString(16);
}
//Sm2加密密钥
byte [] keyBytes=Sm4Key.getBytes("utf-8");
byte[] encodeBytes = sm2.encode(sm2PublicKeyHex, keyBytes, 1);
String encodeKey = Hex.toHexString(encodeBytes);
//Sm2解密密钥
byte [] decodeBytes=sm2.decode(sm2PrivateKeyHex,encodeBytes,1);
String deKey=new String(decodeBytes,"utf-8");
System.out.println("\ninitial key:"+Sm4Key+"\nencode key:"+encodeKey+"\ndecode key:"+deKey);
System.out.println("complete!");
}
}
结果
