用s盒实现SM4算法并注释每一行的意思

SM4算法是一种分组密码算法，采用的是分组长度为128位、密钥长度为128位的加密方式。S盒是SM4算法的重要组成部分，用于将输入的明文或密文与密钥进行替换和置换，以增加加密的强度。下面是用S盒实现SM4算法的Python代码，并注释每一行的意思：

# 定义S盒
SBox = [
    [0x63, 0x7c, 0x77, 0x7b, 0xf2, 0x6b, 0x6f, 0xc5, 0x30, 0x01, 0x67, 0x2b, 0xfe, 0xd7, 0xab, 0x76],
    [0xca, 0x82, 0xc9, 0x7d, 0xfa, 0x59, 0x47, 0xf0, 0xad, 0xd4, 0xa2, 0xaf, 0x9c, 0xa4, 0x72, 0xc0],
    [0xb7, 0xfd, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3f, 0xf7, 0xcc, 0x34, 0xa5, 0xe5, 0xf1, 0x71, 0xd8, 0x31, 0x15],
    [0x04, 0xc7, 0x23, 0xc3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9a, 0x07, 0x12, 0x80, 0xe2, 0xeb, 0x27, 0xb2, 0x75],
    [0x09, 0x83, 0x2c, 0x1a, 0x1b, 0x6e, 0x5a, 0xa0, 0x52, 0x3b, 0xd6, 0xb3, 0x29, 0xe3, 0x2f, 0x84],
    [0x53, 0xd1, 0x00, 0xed, 0x20, 0xfc, 0xb1, 0x5b, 0x6a, 0xcb, 0xbe, 0x39, 0x4a, 0x4c, 0x58, 0xcf],
    [0xd0, 0xef, 0xaa, 0xfb, 0x43, 0x4d, 0x33, 0x85, 0x45, 0xf9, 0x02, 0x7f, 0x50, 0x3c, 0x9f, 0xa8],
    [0x51, 0xa3, 0x40, 0x8f, 0x92, 0x9d, 0x38, 0xf5, 0xbc, 0xb6, 0xda, 0x21, 0x10, 0xff, 0xf3, 0xd2],
    [0xcd, 0x0c, 0x13, 0xec, 0x5f, 0x97, 0x44, 0x17, 0xc4, 0xa7, 0x7e, 0x3d, 0x64, 0x5d, 0x19, 0x73],
    [0x60, 0x81, 0x4f, 0xdc, 0x22, 0x2a, 0x90, 0x88, 0x46, 0xee, 0xb8, 0x14, 0xde, 0x5e, 0x0b, 0xdb],
    [0xe0, 0x32, 0x3a, 0x0a, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5c, 0xc2, 0xd3, 0xac, 0x62, 0x91, 0x95, 0xe4, 0x79],
    [0xe7, 0xc8, 0x37, 0x6d, 0x8d, 0xd5, 0x4e, 0xa9, 0x6c, 0x56, 0xf4, 0xea, 0x65, 0x7a, 0xae, 0x08],
    [0xba, 0x78, 0x25, 0x2e, 0x1c, 0xa6, 0xb4, 0xc6, 0xe8, 0xdd, 0x74, 0x1f, 0x4b, 0xbd, 0x8b, 0x8a],
    [0x70, 0x3e, 0xb5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xf6, 0x0e, 0x61, 0x35, 0x57, 0xb9, 0x86, 0xc1, 0x1d, 0x9e],
    [0xe1, 0xf8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xd9, 0x8e, 0x94, 0x9b, 0x1e, 0x87, 0xe9, 0xce, 0x55, 0x28, 0xdf],
    [0x8c, 0xa1, 0x89, 0x0d, 0xbf, 0xe6, 0x42, 0x68, 0x41, 0x99, 0x2d, 0x0f, 0xb0, 0x54, 0xbb, 0x16]
]

# 定义SM4算法中的置换函数
def L(T):
    return T ^ (T << 2) ^ (T << 10) ^ (T << 18) ^ (T << 24)

# 定义SM4算法中的轮函数
def F(X0, X1, X2, X3, rk):
    return X0 ^ L(X1 ^ X2 ^ X3 ^ rk)

# 定义SM4算法中的加密函数
def encrypt(key, plaintext):
    # 初始化子密钥
    K = [0] * 36
    for i in range(4):
        K[i] = key[i * 4] << 24 | key[i * 4 + 1] << 16 | key[i * 4 + 2] << 8 | key[i * 4 + 3]
    for i in range(4, 36):
        K[i] = K[i - 4] ^ L(K[i - 1] ^ K[i - 2] ^ K[i - 3] ^ CK[i - 4])

    # 将明文分组
    X = [0] * 4
    for i in range(4):
        X[i] = plaintext[i * 4] << 24 | plaintext[i * 4 + 1] << 16 | plaintext[i * 4 + 2] << 8 | plaintext[i * 4 + 3]

    # 迭代加密
    for i in range(32):
        X[0], X[1], X[2], X[3] = F(X[0], X[1], X[2], X[3], K[i + 4])

    # 将密文输出
    ciphertext = bytearray()
    for i in range(4):
        ciphertext += bytearray([(X[i] >> 24) & 0xFF, (X[i] >> 16) & 0xFF, (X[i] >> 8) & 0xFF, X[i] & 0xFF])
    return ciphertext

注释如下：

- 第1行：定义S盒，其中每个元素都是一个8位的十六进制数，共有16行16列。
- 第3行：定义SM4算法中的置换函数L(T)，T是一个32位的整数，返回值也是一个32位的整数。
- 第7行：定义SM4算法中的轮函数F(X0, X1, X2, X3, rk)，X0、X1、X2、X3是四个32位的整数，rk是一个32位的子密钥，返回值也是一个32位的整数。
- 第11行：定义SM4算法中的加密函数encrypt(key, plaintext)，其中key是一个16字节的密钥，plaintext是一个16字节的明文，函数返回值是一个16字节的密文。
- 第14-18行：初始化子密钥K，将16字节的密钥key分成4个32位的整数，并根据SM4算法中的迭代公式计算出K[4]到K[35]的值。
- 第21-24行：将16字节的明文plaintext分成4个32位的整数X[0]到X[3]。
- 第27-30行：进行32轮迭代加密，每轮都调用轮函数F，将X[0]到X[3]作为输入，并将第i+4个子密钥作为参数传入。
- 第33-37行：将加密后的4个32位整数X[0]到X[3]转换为一个16字节的密文，并返回。