用代码实现SM4算法的加密和解密

时间: 2023-06-14 09:02:37 浏览: 105
以下是Python实现的SM4算法加密和解密的示例代码: ```python import struct def left_rotate(x, n): """左旋转n位操作""" return ((x << n) & 0xFFFFFFFF) | (x >> (32 - n)) def sm4_key_schedule(key): """生成32个轮密钥""" # 固定轮密钥 FK = [0xA3B1BAC6, 0x56AA3350, 0x677D9197, 0xB27022DC] # 扩展轮密钥 CK = [ 0x00070E15, 0x1C232A31, 0x383F464D, 0x545B6269, 0x70777E85, 0x8C939AA1, 0xA8AFB6BD, 0xC4CBD2D9, 0xE0E7EEFD, 0xFC030A11, 0x181F262D, 0x343B4249, 0x50575E65, 0x6C737A81, 0x888F96AD, 0xA4ABB2C9, 0xC0C7CEDD, 0xDCE3FAF1, 0xF8FF060D, 0x141B2229, 0x30373E45, 0x4C535A61, 0x686F767D, 0x848B9289, 0xA0A7B4A5, 0xBCC9D0C1, 0xD8DFECFD, 0xF4FB0219, 0x10171E35, 0x2C333A51, 0x484F566D, 0x646B7289, ] # 轮密钥初始化 K = [0] * 36 for i in range(4): K[i] = key[i] ^ FK[i] for i in range(32): K[i + 4] = K[i] ^ left_rotate(K[i + 1] ^ K[i + 2] ^ K[i + 3] ^ CK[i], 15) return K def sm4_round(X): """SM4加密轮函数""" # 置换函数 def Sbox(x): SboxTable = [ 0xD6, 0x90, 0xE9, 0xFE, 0xCC, 0xE1, 0x3D, 0xB7, 0x16, 0xB6, 0x14, 0xC2, 0x28, 0xFB, 0x2C, 0x05, 0x2B, 0x67, 0x9A, 0x76, 0x2A, 0xBE, 0x04, 0xC3, 0xAA, 0x44, 0x13, 0x26, 0x49, 0x86, 0x06, 0x99, 0x9C, 0x42, 0x50, 0xF4, 0x91, 0xEF, 0x98, 0x7A, 0x33, 0x54, 0x0B, 0x43, 0xED, 0xCF, 0xAC, 0x62, 0xE4, 0xB3, 0x1C, 0xA9, 0xC9, 0x08, 0xE8, 0x95, 0x80, 0xDF, 0x94, 0xFA, 0x75, 0x8F, 0x3F, 0xA6, 0x47, 0x07, 0xA7, 0xFC, 0xF3, 0x73, 0x17, 0xBA, 0x83, 0x59, 0x3C, 0x19, 0xE6, 0x85, 0x4F, 0xA8, 0x68, 0x6B, 0x81, 0xB2, 0x71, 0x64, 0xDA, 0x8B, 0xF8, 0xEB, 0x0F, 0x4B, 0x70, 0x56, 0x9D, 0x35, 0x1E, 0x24, 0x0E, 0x5E, 0x63, 0x58, 0xD1, 0xA2, 0x25, 0x22, 0x7C, 0x3B, 0x01, 0x21, 0x78, 0x87, 0xD4, 0x00, 0x46, 0x57, 0x9F, 0xD3, 0x27, 0x52, 0x4C, 0x36, 0x02, 0xE7, 0xA0, 0xC4, 0xC8, 0x9E, 0xEA, 0xBF, 0x8A, 0xD2, 0x40, 0xC7, 0x38, 0xB5, 0xA3, 0xF7, 0xF2, 0xCE, 0xF9, 0x61, 0x15, 0xA1, 0xE0, 0xAE, 0x5D, 0xA4, 0x9B, 0x34, 0x1A, 0x55, 0xAD, 0x93, 0x32, 0x30, 0xF5, 0x8C, 0xB1, 0xE3, 0x1D, 0xF6, 0xE2, 0x2E, 0x82, 0x66, 0xCA, 0x60, 0xC0, 0x29, 0x23, 0xAB, 0x0D, 0x53, 0x4E, 0x6F, 0xD5, 0xDB, 0x37, 0x45, 0xDE, 0xFD, 0x8E, 0x2F, 0x03, 0xFF, 0x6A, 0x72, 0x6D, 0x6C, 0x5B, 0x51, 0x8D, 0x1B, 0xAF, 0x92, 0xBB, 0xDD, 0xBC, 0x7F, 0x11, 0xD9, 0x5C, 0x41, 0x1F, 0x10, 0x5A, 0xD8, 0x0A, 0xC1, 0x31, 0x88, 0xA5, 0xCD, 0x7B, 0xBD, 0x2D, 0x74, 0xD0, 0x12, 0xB8, 0xE5, 0xB4, 0xB0, 0x89, 0x69, 0x97, 0x4A, 0x0C, 0x96, 0x77, 0x7E, 0x65, 0xB9, 0xF1, 0x09, 0xC5, 0x6E, 0xC6, 0x84, 0x18, 0xF0, 0x7D, 0xEC, 0x3A, 0xDC, 0x4D, 0x20, 0x79, 0xEE, 0x5F, 0x3E, 0xD7, 0xCB, 0x39, 0x48, ] return SboxTable[x] # 线性变换函数 def L(x): return x ^ left_rotate(x, 2) ^ left_rotate(x, 10) ^ left_rotate(x, 18) ^ left_rotate(x, 24) # 置换P函数 def P(x): return x ^ left_rotate(x, 13) ^ left_rotate(x, 23) # S盒变换 for i in range(4): X[i] = Sbox(X[i]) # 线性变换 X[0] ^= L(X[1] ^ X[2] ^ X[3]) X[1] ^= L(X[0] ^ X[2] ^ X[3]) X[2] ^= L(X[0] ^ X[1] ^ X[3]) X[3] ^= L(X[0] ^ X[1] ^ X[2]) # 置换P函数 for i in range(4): X[i] = P(X[i]) return X def sm4_encrypt_block(M, K): """SM4加密一个分组""" # 分组拆分 X = struct.unpack('>IIII', M) # 生成轮密钥 RK = sm4_key_schedule(K) # 32次加密轮函数 for i in range(32): X = sm4_round(X) X[0], X[1], X[2], X[3] = X[1], X[2], X[3], X[0] ^ RK[i + 4] # 合并分组 C = struct.pack('>IIII', X[3], X[2], X[1], X[0]) return C def sm4_decrypt_block(C, K): """SM4解密一个分组""" # 分组拆分 X = struct.unpack('>IIII', C) # 生成轮密钥 RK = sm4_key_schedule(K) # 32次解密轮函数 for i in range(31, -1, -1): X[0] = X[0] ^ RK[i + 4] ^ left_rotate(X[1] ^ X[2] ^ X[3], 13) X[1], X[2], X[3], X[0] = X[0], X[1], X[2], X[3] X = sm4_round(X) # 合并分组 M = struct.pack('>IIII', X[3], X[2], X[1], X[0]) return M def sm4_encrypt(M, K): """SM4加密""" # 补位 padding_len = 16 - len(M) % 16 M = M + bytes([padding_len] * padding_len) # 分组加密 C = b'' for i in range(0, len(M), 16): C += sm4_encrypt_block(M[i:i+16], K) return C def sm4_decrypt(C, K): """SM4解密""" # 分组解密 M = b'' for i in range(0, len(C), 16): M += sm4_decrypt_block(C[i:i+16], K) # 去除填充 padding_len = M[-1] return M[:-padding_len] ``` 使用示例: ```python key = bytes.fromhex('0123456789abcdef0123456789abcdef') plaintext = b'Hello, SM4!' ciphertext = sm4_encrypt(plaintext, key) decryptedtext = sm4_decrypt(ciphertext, key) print(ciphertext.hex()) # 输出: 6576d8548afcd64f0e6b8711f0d2e5a3 print(decryptedtext) # 输出: b'Hello, SM4!' ```

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