Openssl+sm4开发实例（含源码）

一、SM4算法介绍

SM4（国密算法）是由中国国家密码管理局（State Cryptography Administration，SCA）提出的分组密码算法，是一种对称加密算法。它是中国国家商用密码算法，也是 ISO/IEC 标准（ISO/IEC 18033-3:2010）中的一部分。SM4 算法被广泛用于中国国内的商用加密应用中。

以下是 SM4 算法的主要特点和结构：

1.1 SM4特点

1. 分组密码： SM4 是一种分组密码，它将明文和密钥按照固定长度的分组进行加密和解密。

2. 分组长度： 分组长度为 128 位（16 字节）。

3. 密钥长度： 支持密钥长度为 128 位（16 字节）。

4. 加密模式： SM4 支持 ECB（Electronic Codebook）模式，这是一种基本的分组密码加密模式。

5. 代替和置换网络（Substitution-Permutation Network，SPN）结构： SM4 算法采用 SPN 结构，包括多轮的代替（Substitution）和置换（Permutation）操作，以增加加密的难度和安全性。

6. 非线性和线性运算： SM4 算法中的代替操作（S-Box 替代）是非线性的，而置换操作是线性的，这种结合增加了算法的安全性。

1.2 SM4安全性

SM4 算法的设计目标是提供高度的安全性，抵抗各种已知的攻击。它经过了广泛的密码学分析和测试，并且已经被国际上的密码学专家接受。

1.3 SM4使用场景

SM4 算法主要用于商用加密领域，例如金融领域的安全支付、电子身份认证、电子票据等。

SM4 算法的具体细节和设计原理可以在国家密码管理局的官方文档中找到。请注意，SM4 算法是受到专利保护的，使用 SM4 算法需要遵循相关的法律法规和标准。

二、SM4加密模式

• ECB（Electronic Codebook）模式：ECB 模式将明文分成固定大小的块，然后每个块单独加密，加密后的块串联起来形成密文。在 ECB 模式下，相同的明文块会被加密成相同的密文块，因此 ECB 模式不提供重放攻击的保护，而且不适用于对长文本的加密，因为长文本可能会有相同的块，导致相同的密文块。

• CBC 模式（Cipher Block Chaining）： 在 CBC 模式中，每个明文块在加密之前会与前一个密文块进行异或运算。这样可以使相同的明文块在加密时得到不同的密文块，增加了安全性。

• CFB 模式（Cipher Feedback）： CFB 模式中，密文块被反馈到加密算法的输入，然后再与明文进行异或运算，生成密文。CFB 模式可以实现分位加密，适用于流数据的加密。

• OFB 模式（Output Feedback）： OFB 模式中，密文块被反馈到加密算法的输入，生成一个密钥流（keystream），然后将密钥流与明文进行异或运算，生成密文。OFB 模式可以实现分位加密，且具有自同步性质。

• CTR 模式（Counter）： CTR 模式中，每个明文块都与一个唯一的计数器值进行加密，计数器的值可以是明文块的块序号。CTR 模式不需要反馈，可以并行加密，适用于高速加密需求。

三、SM4开发实例

以下是一个使用 OpenSSL 中 SM4 算法进行加密和解密的 C++ 代码示例：

#include 
#include 
#include 

// 加密函数
void encryptSM4(const unsigned char *plaintext, int plaintextLength, const unsigned char *key, unsigned char *ciphertext, int *ciphertextLength) {
    EVP_CIPHER_CTX *ctx;
    int len;

    // 创建并初始化上下文
    ctx = EVP_CIPHER_CTX_new();
    EVP_EncryptInit_ex(ctx, EVP_sm4_ecb(), NULL, key, NULL);

    // 加密数据
    EVP_EncryptUpdate(ctx, ciphertext, &len, plaintext, plaintextLength);
    *ciphertextLength = len;

    // 结束加密过程
    EVP_EncryptFinal_ex(ctx, ciphertext + len, &len);
    *ciphertextLength += len;

    // 释放上下文
    EVP_CIPHER_CTX_free(ctx);
}

// 解密函数
void decryptSM4(const unsigned char *ciphertext, int ciphertextLength, const unsigned char *key, unsigned char *plaintext, int *plaintextLength) {
    EVP_CIPHER_CTX *ctx;
    int len;

    // 创建并初始化上下文
    ctx = EVP_CIPHER_CTX_new();
    EVP_DecryptInit_ex(ctx, EVP_sm4_ecb(), NULL, key, NULL);

    // 解密数据
    EVP_DecryptUpdate(ctx, plaintext, &len, ciphertext, ciphertextLength);
    *plaintextLength = len;

    // 结束解密过程
    EVP_DecryptFinal_ex(ctx, plaintext + len, &len);
    *plaintextLength += len;

    // 释放上下文
    EVP_CIPHER_CTX_free(ctx);
}

int main() {
    const unsigned char plaintext[] = "Hello, SM4!"; // 明文
    const unsigned char key[] = "0123456789abcdef"; // 128位密钥
    unsigned char ciphertext[256];
    unsigned char decryptedText[256];
    int ciphertextLength = 0;
    int decryptedLength = 0;

    // 加密
    encryptSM4(plaintext, sizeof(plaintext) - 1, key, ciphertext, &ciphertextLength);

    // 打印密文
    std::cout << "Ciphertext: ";
    for (int i = 0; i < ciphertextLength; ++i) {
        printf("%02x", ciphertext[i]);
    }
    std::cout << std::endl;

    // 解密
    decryptSM4(ciphertext, ciphertextLength, key, decryptedText, &decryptedLength);

    // 打印解密后的明文
    std::cout << "Decrypted Text: " << decryptedText << std::endl;

    return 0;
}

在这个示例中，encryptSM4() 函数用于加密，decryptSM4() 函数用于解密。请确保你的 OpenSSL 版本支持 SM4 算法，通常 OpenSSL 版本在 1.1.0 及以上才支持 SM4。编译时，确保你正确链接了 OpenSSL 库，命令如下：

g++ -o sm4_example main.cc -lssl -lcrypto

运行程序后，你会看到打印出的密文和解密后的明文。请记住，SM4 的安全性依赖于密钥的安全性，因此在实际应用中，请确保你的密钥是安全的。

四、代码地址

https://gitcode.net/arv002/qt/-/tree/master/Openssl/symmetric_encryption/sm4