国密算法java语言的实现：利用bcprov和hutool库分别实现国密SM4算法工具类，对称密钥

港控/mmm° 2023-09-27 14:05 125阅读 0赞

### SM4算法成为行业标准： ###

*  SM4分组密码算法是2012年3月21日实施的一项行业标准；
 *  2021年6月25日，我国SM4分组密码算法作为国际标准ISO/IEC 18033-3：2010/AMD1：2021《信息技术 安全技术 加密算法 第3部分：分组密码 补篇1：SM4》，由国际标准化组织ISO/IEC正式发布；
 *  中文名SM4分组密码算法标准号GM/T 0002-2012实施日期2012-03-21发布日期2012-03-21技术归口国家密码管理局批准发布部门国家密码管理局。

### SM4算法的重要性 ###

*  是我国提出的分组密码算法，而且得到了国际的认可；
 *  是继SM2/SM9数字签名算法、SM3密码杂凑算法、祖冲之密码算法和SM9标识加密算法之后，我国又一个商用密码算法被纳入ISO/IEC国际标准正式发布；
 *  标志着我国商用密码算法国际标准体系进一步完善，展现了我国先进的密码科技水平和国际标准化能力，对提升我国商用密码产业发展、推动商用密码更好服务“一带一路”建设具有重要意义；
 *  现在，国内已经掀起了国密算法改造的热潮。

### SM4算法的特点 ###

*  SM4分组密码算法是一种迭代分组密码算法，由加解密算法和密钥扩展算法组成；
 *  SM4是一种Feistel结构的分组密码算法，其分组长度和密钥长度均为128bits。加密算法和密钥扩展算法迭代轮数均为32轮；
 *  SM4加解密过程的算法相同但是轮密钥的使用顺序相反；
 *  SM4密码算法使用模2加和循环移位作为基本运算；
 *  密钥扩展算法：SM4算法使用128位的加密密钥，并采用32轮迭代加密结构，每一轮加密使用一个32位的轮密钥，总共使用32个轮密钥。因此需要使用密钥扩展算法，从加密密钥中产生32个轮密钥；
 *  密钥：加密密钥的长度为128比特。

### 使用bcprov库实现SM4算法的封装 ###

这里，使用maven编译。

#### 1. pom文件中的引用： ####

<dependency>
                <groupId>org.bouncycastle</groupId>
                <artifactId>bcprov-jdk15to18</artifactId>
                <version>1.64</version>
            </dependency>```

#### 2. 工具类的实现（Sm4CryptTools） ####

package com.abc.smutilstest;
    
    import org.bouncycastle.crypto.engines.SM4Engine;
    import org.bouncycastle.crypto.params.KeyParameter;
    import org.bouncycastle.util.encoders.Hex;
    
    /**
     * SM4算法工具类
     */
    public class Sm4CryptTools {
        
    
        //加解密的字节快大小
        public static final int BlockSize = 16;
    
        /**
         * SM4ECB加密算法，对内
         * @param in            待加密字节数组
         * @param keyBytes      密钥
         * @return
         */
        private static byte[] ecb_encrypt(byte[] in, byte[] keyBytes) {
        
            SM4Engine sm4Engine = new SM4Engine();
            sm4Engine.init(true, new KeyParameter(keyBytes));
            byte[] out = new byte[in.length];
            int times = in.length / BlockSize;
            for (int i = 0; i < times; i++) {
        
                sm4Engine.processBlock(in, i * BlockSize, out, i * BlockSize);
            }
            return out;
        }
    
        /**
         * SM4ECB加密算法
         * @param in            待加密字节数组
         * @param keyBytes      密钥
         * @return
         */
        public static String EcbEncrypt(byte[] in, byte[] keyBytes) {
        
            byte[] out = ecb_encrypt(in, keyBytes);
            String cipher = Hex.toHexString(out);
            return cipher;
        }
    
        /**
         * SM4的ECB加密算法
         * @param content   待加密字符串, hex字符串
         * @param key       密钥
         * @return
         */
        public static String EcbEncrypt(String content, String key) {
        
            byte[] in = Hex.decode(content);
            byte[] keyBytes = Hex.decode(key);
    
            String cipher = EcbEncrypt(in, keyBytes);
            return cipher;
        }
    
        /**
         * SM4的ECB解密算法，对内
         * @param in        输入的密文字符串
         * @param keyBytes  密钥
         * @return
         */
        private static byte[] ecb_decrypt(byte[] in, byte[] keyBytes) {
        
            SM4Engine sm4Engine = new SM4Engine();
            sm4Engine.init(false, new KeyParameter(keyBytes));
            int inLen = in.length;
            byte[] out = new byte[inLen];
    
            int times = inLen / BlockSize;
    
            for (int i = 0; i < times; i++) {
        
                sm4Engine.processBlock(in, i * BlockSize, out, i * BlockSize);
            }
    
            return out;
        }
    
        /**
         * SM4的ECB解密算法，对外
         * @param in        输入的密文字节数组
         * @param keyBytes  密钥
         * @return
         */
        public static String EcbDecrypt(byte[] in, byte[] keyBytes) {
        
            byte[] out = ecb_decrypt(in, keyBytes);
            String plain = Hex.toHexString(out);
            return plain;
        }
    
        /**
         * SM4的ECB解密算法
         * @param cipher    输入的密文字符串
         * @param key       密钥
         * @return
         */
        public static String EcbDecrypt(String cipher, String key) {
        
            byte[] in = Hex.decode(cipher);
            byte[] keyBytes = Hex.decode(key);
    
            String plain = EcbDecrypt(in, keyBytes);
            return plain;
        }
    
        /**
         * 测试函数
         */
        public static void Sm4Test() {
        
            String data = "FB8661A82ADD944230C3AD3957DAA224";
            String key ="8012BADD542E2C182DFD84795E65A013";
            String resCipherData = EcbEncrypt(data,key);
            String resPlainData = EcbDecrypt(resCipherData,key);
            System.out.println("原始明文：" + data);
            System.out.println("加密后密文：" + resCipherData);
            System.out.println("解密后明文：" + resPlainData);
        }
    
        /**
         * 主函数
         * @param args
         */
        public static void main(String[] args) {
        
            Sm4Test();
        }
    
    }

测试结果：

> 原始明文：FB8661A82ADD944230C3AD3957DAA224  
> 加密后密文：bc5873a57ff7eda33d74a0b190f1b83f  
> 解密后明文：fb8661a82add944230c3ad3957daa224

### 使用hutool库实现SM4算法的封装 ###

pom.xml中引入hutool库：

<dependency>
                <groupId>cn.hutool</groupId>
                <artifactId>hutool-all</artifactId>
                <version>5.8.5</version>
            </dependency>

hutool库的使用：

/**
         * hutool测试
         */
        public static void TestcaseHutool1(String content){
        
            SymmetricCrypto sm4Crypto = SmUtil.sm4();
            String encryptHex = sm4Crypto.encryptHex(content);
            System.out.println("原始明文:" + content);
            System.out.println("加密结果:" + encryptHex);
    
            String decryptStr = sm4Crypto.decryptStr(encryptHex, CharsetUtil.CHARSET_UTF_8);
            System.out.println("解密结果:" + decryptStr);
        }

测试结果：

> 原始明文:abc  
> 加密结果:b9e6c65f09bee33181d447416fe32271  
> 解密结果:abc

### 结语： ###

SM4无需进行密钥交换，事先就可以直接指定密钥，也可以定期更新。更新后，旧的密文就无法用新的密钥解密了。  
SM4可以防止明文传输数据被窃取。  
相对于SM2非对称密码算法来说，SM4加解密速度快，适合数据内容比较大的加密场景。