【密码学】SM4算法

一、 SM4算法简介

SM4算法是中国国家密码管理局于2012发布的一种分组密码算法，其官方名称为SMS4（SMS4.0），相关标准为GM/T 0002-2012《SM4分组密码算法》。SM4算法的分组长度和密钥长度均为128比特,采用非平衡Feistel结构。采用32轮非线性迭代结构，加密和解密过程结构相同，但使用的轮密钥顺序相反。

二、SM算法流程

加密算法由32次迭代和1次反序列变化R组成。
解密变换和加密变换结构相同，不同的仅是轮密钥的使用顺序。

1. 密钥扩展（Key Schedule）：将128位的输入密钥通过一个固定的密钥扩展算法扩展为32轮的轮密钥。

2. 初始置换（Initial Permutation, IP）：将128位的明文块进行初始置换。

3. 轮函数（Round Function）：明文块通过32轮非线性迭代处理。每一轮中，轮函数F会对数据进行处理，生成中间结果。

• 非线性变换（Non-linear Transformation） ：非线性变换τ由4个并行的S盒构成，S盒为固定的8比特输入8比特输出的置换。
• 线性变换（Linear Transformation）： 线性变换L'是32位循环左移操作，具体为L'(B) = B ⊕ (B <<< 13) ⊕ (B <<< 23)。
• 轮密钥加（Round Key Addition）：在每一轮中，将数据与轮密钥进行异或操作。

4. 最终置换（Final Permutation, FP） ：在所有轮次完成后，对数据进行最终置换，得到密文。
   这个流程确保了SM4算法的安全性和效率，适用于需要高安全性的数据加密场景。

特征	描述
分组长度	128位（16字节）
密钥长度	128位（16字节）
加密轮数	32轮非线性迭代结构
Feistel结构	采用非平衡Feistel结构
S盒非线性	非线性变换τ由4个并行的S盒构成，S盒是非线性的
线性变换	线性变换L'是32位循环左移操作