SM4分组密码算法详解：32轮迭代结构与密钥扩展

SM4是一种分组密码算法，其核心特点是采用了128比特的分组长度和128比特的密钥长度。算法设计采用非线性迭代结构，包括32轮操作，确保了加密和解密过程的安全性和复杂性。下面是关于SM4算法的详细介绍： 1. **轮函数结构** (Section 5.1): SM4的轮函数F是算法的核心组件，它接受四个32比特输入（𝑋0, 𝑋2, 𝑋3, 𝑋4）和一个32比特的轮密钥（𝑟𝑘）。轮函数通过异或（⨁）操作将这些输入与轮密钥进行结合，形成新的输出。这种结构有助于增加算法的混淆度，使得攻击者难以分析。 2. **合成置换T** (Section 5.2): 合成置换T是一个固定且非线性的变换，用于混淆输入数据。它可能涉及到S-box（即固定8比特输入8比特输出的置换）和其他复杂运算，使得每个轮函数的输出与输入之间的关系难以预测，从而增强安全性。 3. **加密算法** (Section 6.1): SM4的加密算法是基于上述轮函数结构的迭代过程，首先对原始数据进行分组，然后应用32轮轮函数，每轮使用不同的轮密钥，以形成最终的加密输出。这个过程保证了即使知道部分密文，也难以推导出原始信息。 4. **解密算法** (Section 6.2): 解密算法与加密算法结构相同，但轮密钥的使用顺序相反，这是为了确保从密文恢复到明文时，相同的逻辑步骤会反向执行。解密过程同样经过32轮迭代，只是轮密钥的顺序与加密时相反。 5. **密钥扩展算法** (Section 6.3): 由于SM4的密钥长度固定，为了在32轮迭代中使用不同的轮密钥，算法设计了一个密钥扩展过程。用户提供的128比特主密钥会被扩展为一组轮密钥，这些轮密钥在加密和解密过程中按特定规则使用。 6. **术语和定义** (Section 1): 该算法文件明确了关键术语，如分组长度、密钥长度、轮数、字和S-box等，这些都是理解SM4算法的基础。 7. **示例和运算** (Appendix A): 文件提供了两个示例（示例1和示例2），帮助读者更直观地理解算法的执行过程和运算细节。 SM4算法以其精心设计的轮函数、合成置换和密钥扩展机制，实现了高效、安全的分组加密，适用于需要高强度加密保护的数据传输和存储。理解这些核心概念对于开发者在实际应用中实现SM4加密至关重要。