iOS-SM3加密算法N种集成

近期的一个项目需要用到SM3加密算法，需要在iOS中使用Objective-C实现SM3国密加密算法。

SM3：是中国国家密码管理局发布的密码杂凑算法标准，适用于商用密码应用中的数字签名和验证、消息认证码的生成与验证以及随机数的生成等

由于iOS系统并未内置SM3算法，我们需要使用第三方开源库或自己实现

GMObjC库： 是一个基于 OpenSSL 的国密（SM2、SM3、SM4）算法的 Objective-C 开源库，适用于 iOS 和 macOS 开发。它封装了中国国家密码管理局发布的多种加密算法，包括：
1. SM2： 支持基于椭圆曲线（ECC）的加解密，密钥协商（ECDH）和签名算法

2. SM3： 类似 SHA 系列的国密哈希算法，包含 SM3 和 HMAC 等

3. SM4： 实现对称分组加密算法

**GmSSL库：**GmSSL是由北京大学自主开发的国产商用密码开源库，实现了对国密算法、标准和安全通信协议的全面功能覆盖，支持包括移动端在内的主流操作系统和处理器，支持密码钥匙、密码卡等典型国产密码硬件，提供功能丰富的命令行工具及多种编译语言编程接口

方案一：使用第三方库（GMObjC）

集成GMObjC：集成GMObjC方法

因为我们的项目是SDK不便用CocoaPods方法，因此我只能选择直接集成和手动编译为 Framework。

1.直接集成 (demo)

1.从 Git 下载最新代码，找到和 README 同级的 GMObjC 文件夹，将 GMObjC 文件夹拖入项目

2.找到和 README 同级的 Frameworks 文件夹，将项目 Frameworks/OpenSSL.xcframework 拖入项目

3.在需要使用的地方导入头文件 GMObjC.h 即可使用 SM2、SM4 加解密，签名验签，计算 SM3 摘要等

注意事项

GMObjC 依赖 OpenSSL，可直接拖入 Frameworks/OpenSSL.xcframework 或通过pod GMOpenSSL安装 OpenSSL。

如果项目中已集成 OpenSSL 1.1.1l 以上版本，可共用同一个 OpenSSL；否则需要使用 Carthage 将 GMObjC 编译为动态库。

我按照以上步骤将文件导入后报错：

OpenSSL.xcframework 签名验证失败

终端执行强制重签名命令

codesign --force --deep --sign - 你的路径/OpenSSL.xcframework

返回：你的路径/OpenSSL.xcframework: replacing existing signature

现在就可以运行测试了：

复制代码

#import "GMObjC.h"

NSString *str = @"123@1234";
NSString *digest = [GMSm3Utils hashWithText:str];
NSLog(@"%@", digest);

2.手动编译为 Framework (demo)

1.动态库‌：

从 GitHub 下载源码，打开项目GMObjC-master/Frameworks/GMObjC.xcframework把这个拖入项目

在 Xcode 的 General → Frameworks, Libraries, and Embedded Content 中需标记为 Embed & Sign

复制代码

#import "GMObjC/GMObjC.h"

NSString *digest1 = [GMSm3Utils hashWithText:str];
NSLog(@"%@", digest1);

2.静态库：

从 GitHub 下载源码，打开项目 GMObjC.xcodeproj，设置 Build Settings - Linking-General - Mach-O Type 为 Static Library

手动编译为静态库 GMObjC.framework

**合并为 XCFramework：**通过xcodebuild -create-xcframework命令来合并为 XCFramework，通过合并 GMObjC 库的模拟器和真机版本来演示

复制代码

# 创建合并包 GMObjC.xcframework

xcodebuild -create-xcframework \
           -framework Release-iphoneos/GMObjC.framework \
           -framework Release-iphonesimulator/GMObjC.framework \
           -output GMObjC.xcframework

把生成的GMObjC.xcframework拖入项目即可

3.CocoaPods安装GMObjC (GMObjC-demo) (GMDynamic-demo)

GMObjC 和 GMDynamic 只能安装其中一个，二者不能同时安装。

GMObjC 为静态库，GMDynamic 为编译好的 GMObjC 动态库版本。

复制代码

# 安装 GMObjC 的源码和 GMOpenSSL.xcframework (静态库)
pod 'GMObjC', '~> 4.0.3'

# 当 Podfile 中使用 use_frameworks! 时，安装 GMObjC.xcframework (动态库)
pod 'GMDynamic', '~> 4.0.3'

方案二：使用第三方库（GmSSL）(demo)

集成GmSSL：

但是我用这种方法不行，我用了其他的方法。

我们使用GmSSL 3.x（master分支）来编译iOS的静态库（libcrypto.a和libssl.a）。由于3.x版本采用了CMake构建系统，因此流程与2.x不同。

GmSSL 3.x 的构建系统已经发生了变化，生成的库文件名为 libgmssl.a 而不是传统的 libcrypto.a 和 libssl.a。

如果项目必须使用 libcrypto.a 和 libssl.a，请回退到 GmSSL 2.x

克隆代码并切换到master分支（或最新的稳定标签）
配置CMake工具链文件（为iOS交叉编译）
分别编译arm64（真机）和x86_64（模拟器）架构
使用lipo合并成通用静态库
将生成的静态库和头文件集成到iOS项目中。

创建编译脚本： build_ios.sh（放在GmSSL根目录）

复制代码

#!/bin/bash
set -e

# 确保使用正确的路径
export PATH="/usr/local/bin:$PATH"

# 设置环境变量
export XCODE_PATH=$(xcode-select -p)
export IOS_SDK=$XCODE_PATH/Platforms/iPhoneOS.platform/Developer/SDKs/iPhoneOS.sdk
export SIM_SDK=$XCODE_PATH/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator.sdk

# 创建输出目录
OUTPUT_DIR="build-ios"
rm -rf $OUTPUT_DIR
mkdir -p $OUTPUT_DIR

# 编译函数
compile_arch() {
    ARCH=$1
    SDK=$2
    
    BUILD_DIR="${OUTPUT_DIR}/${ARCH}"
    mkdir -p $BUILD_DIR
    pushd $BUILD_DIR > /dev/null
    
    echo "▸ 配置 $ARCH..."
    cmake ../.. \
        -DCMAKE_SYSTEM_NAME=iOS \
        -DCMAKE_OSX_ARCHITECTURES=$ARCH \
        -DCMAKE_OSX_SYSROOT=$SDK \
        -DCMAKE_OSX_DEPLOYMENT_TARGET=13.0 \
        -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release \
        -DBUILD_SHARED_LIBS=OFF \
        -DENABLE_SM2=ON \
        -DENABLE_SM3=ON \
        -DENABLE_SM4=ON \
        -DENABLE_SM9=ON \
        -G Ninja
        
    echo "▸ 编译 $ARCH..."
    ninja
    
    # 关键修改：GmSSL 3.x 生成的库是 libgmssl.a
    mkdir -p lib
    cp bin/libgmssl.a lib/
    
    popd > /dev/null
}

# 编译各架构
compile_arch "arm64" "$IOS_SDK"
compile_arch "x86_64" "$SIM_SDK"

# 合并通用库
UNIVERSAL_DIR="${OUTPUT_DIR}/universal"
mkdir -p $UNIVERSAL_DIR/lib

# 合并为单个库 (GmSSL 3.x 只生成一个库)
lipo -create \
    "${OUTPUT_DIR}/arm64/lib/libgmssl.a" \
    "${OUTPUT_DIR}/x86_64/lib/libgmssl.a" \
    -output "$UNIVERSAL_DIR/lib/libgmssl.a"

# 复制头文件
if [ -d "${OUTPUT_DIR}/arm64/include" ]; then
    cp -R "${OUTPUT_DIR}/arm64/include" "$UNIVERSAL_DIR/"
elif [ -d "../../include" ]; then
    cp -R "../../include" "$UNIVERSAL_DIR/"
else
    echo "⚠️ 警告: 找不到头文件目录"
fi

echo "✅ 编译成功！"
echo "库文件位置: $UNIVERSAL_DIR/lib/libgmssl.a"
echo "头文件位置: $UNIVERSAL_DIR/include"

# 验证文件
file "$UNIVERSAL_DIR/lib"/*.a
lipo -info "$UNIVERSAL_DIR/lib/libgmssl.a"

然后按照以下步骤进行执行：

复制代码

# 安装构建工具
brew install cmake ninja pkg-config

# 获取最新代码
git clone https://github.com/guanzhi/GmSSL.git
cd GmSSL
git checkout master  # 确保使用最新版本
git pull

# 2. 执行编译
chmod +x build_ios.sh
./build_ios.sh

将GmSSL/build-ios/universal/lib/libgmssl.a 拖入项目
将GmSSL/include/gmssl 拖入项目
import "sm3.h"

封装方法：

复制代码

@interface GmSSLEncryptorSM3 : NSObject

+ (NSString *)sm3HashWithString:(NSString *)input;
+ (NSData *)sm3HashWithData:(NSData *)data;

@end

@implementation GmSSLEncryptorSM3

+ (instancetype)encryptor {
    return [[GmSSLEncryptorSM3 alloc] init];
}

+ (NSData *)sm3HashWithData:(NSData *)data {
    // 初始化 SM3 上下文
    SM3_CTX ctx;
    sm3_init(&ctx);
    // 添加数据到哈希计算
    sm3_update(&ctx, data.bytes, data.length);
    // 准备存储结果的缓冲区 (SM3 输出为 32 字节)
    uint8_t dgst[SM3_DIGEST_SIZE];
    // 完成哈希计算
    sm3_finish(&ctx, dgst);
    // 转换为 NSData
    return [NSData dataWithBytes:dgst length:SM3_DIGEST_SIZE];
}

+ (NSString *)sm3HashWithString:(NSString *)input {
    NSData *inputData = [input dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    // 计算 SM3 哈希
    NSData *hashData = [GmSSLEncryptorSM3 sm3HashWithData:inputData];
    // 转换为十六进制字符串显示
    NSMutableString *hexString = [NSMutableString string];
    const uint8_t *bytes = (const uint8_t *)hashData.bytes;
    for (NSUInteger i = 0; i < hashData.length; i++) {
        [hexString appendFormat:@"%02x", bytes[i]];
    }
    return hexString;
}
@end

就可以在项目中使用了：

复制代码

NSString *encryptor = [GmSSLEncryptorSM3 sm3HashWithString:str];
NSLog(@"%@", encryptor);

方案三：纯 Objective-C 实现（无依赖）(demo)

SM3本质上不是加密算法，它是是一种杂凑函数，是在[SHA-256]基础上改进实现的一种算法，它不是对数据进行加密然后再解密，而是生成一个256位的散列值，因此SM3适用于内容摘要，数字签名验证或密码验证等。

SM3算法的执行过程：

根据SM3标准文档（GM/T 0004-2012）

**消息扩展：**将16个32位字扩展为68个字（W）和64个字（W1），使用P1宏。

**压缩函数：**64轮迭代更新寄存器（A-H），每轮使用FF1/GG1等宏。

**常量：**压缩函数中的常量0x7A879D8A（TJ的固定值）。

**结果输出：**将最终状态寄存器转换为大端序字节流（256位）。

复制代码

//
//  SM3Encryptor.m
//  testDemo
//
//  Created by wt on 2025/6/12.
//

#import "SM3Encryptor.h"
#include <stdint.h>

// SM3 上下文结构
typedef struct {
    uint32_t state[8];   // 8个32位寄存器（A-H）
    uint64_t totalLength; // 总消息长度（位）
    uint8_t buffer[64];  // 当前数据块缓存
    uint32_t bufferLength; // 当前缓冲区长度
} SM3Context;

// 循环左移
static inline uint32_t ROTL(uint32_t x, uint8_t n) {
    return (x << n) | (x >> (32 - n));
}

// 布尔函数 FF0（0≤j≤15）
static inline uint32_t FF0(uint32_t x, uint32_t y, uint32_t z) {
    return x ^ y ^ z;
}

// 布尔函数 FF1（16≤j≤63）
static inline uint32_t FF1(uint32_t x, uint32_t y, uint32_t z) {
    return (x & y) | (x & z) | (y & z);
}

// 布尔函数 GG0（0≤j≤15）
static inline uint32_t GG0(uint32_t x, uint32_t y, uint32_t z) {
    return x ^ y ^ z;
}

// 布尔函数 GG1（16≤j≤63）
static inline uint32_t GG1(uint32_t x, uint32_t y, uint32_t z) {
    return (x & y) | ((~x) & z);
}

// 置换函数 P0
static inline uint32_t P0(uint32_t x) {
    return x ^ ROTL(x, 9) ^ ROTL(x, 17);
}

// 置换函数 P1
static inline uint32_t P1(uint32_t x) {
    return x ^ ROTL(x, 15) ^ ROTL(x, 23);
}

// 初始化SM3上下文
void SM3Init(SM3Context *context) {
    // SM3标准初始值
    context->state[0] = 0x7380166F;
    context->state[1] = 0x4914B2B9;
    context->state[2] = 0x172442D7;
    context->state[3] = 0xDA8A0600;
    context->state[4] = 0xA96F30BC;
    context->state[5] = 0x163138AA;
    context->state[6] = 0xE38DEE4D;
    context->state[7] = 0xB0FB0E4E;
    context->totalLength = 0;
    context->bufferLength = 0;
    memset(context->buffer, 0, 64);
}

// 处理单个64字节块（压缩函数核心）
void SM3Compress(SM3Context *context, const uint8_t block[64]) {
    // 1. 消息扩展：16字 → 68字（W） + 64字（W1）
    uint32_t W[68], W1[64];
    
    // 初始化前16字（大端序转换）
    for (int i = 0; i < 16; i++) {
        W[i] = (uint32_t)block[i*4] << 24 |
               (uint32_t)block[i*4+1] << 16 |
               (uint32_t)block[i*4+2] << 8 |
               (uint32_t)block[i*4+3];
    }
    
    // 计算W[16]-W[67]
    for (int j = 16; j < 68; j++) {
        uint32_t temp = W[j-16] ^ W[j-9] ^ ROTL(W[j-3], 15);
        W[j] = P1(temp) ^ ROTL(W[j-13], 7) ^ W[j-6];
    }
    
    // 计算W1[0]-W1[63]
    for (int j = 0; j < 64; j++) {
        W1[j] = W[j] ^ W[j+4];
    }
    
    // 2. 寄存器初始化（A-H）
    uint32_t A = context->state[0];
    uint32_t B = context->state[1];
    uint32_t C = context->state[2];
    uint32_t D = context->state[3];
    uint32_t E = context->state[4];
    uint32_t F = context->state[5];
    uint32_t G = context->state[6];
    uint32_t H = context->state[7];
    
    // 3. 64轮迭代（严格遵循标准）
    for (int j = 0; j < 64; j++) {
        uint32_t SS1, SS2, TT1, TT2;
        
        // 常量选择（关键修正）
        uint32_t TJ = (j < 16) ? 0x79CC4519 : 0x7A879D8A;
        
        // 计算SS1/SS2（修正了TJ参数）
        SS1 = ROTL(ROTL(A, 12) + E + ROTL(TJ, j % 32), 7);
        SS2 = SS1 ^ ROTL(A, 12);
        
        // 计算TT1/TT2（使用内联函数）
        if (j < 16) {
            TT1 = FF0(A, B, C) + D + SS2 + W1[j];
            TT2 = GG0(E, F, G) + H + SS1 + W[j];
        } else {
            TT1 = FF1(A, B, C) + D + SS2 + W1[j];
            TT2 = GG1(E, F, G) + H + SS1 + W[j];
        }
        
        // 更新寄存器（严格顺序）
        D = C;
        C = ROTL(B, 9);
        B = A;
        A = TT1;
        H = G;
        G = ROTL(F, 19);
        F = E;
        E = P0(TT2);
    }
    
    // 4. 更新最终状态（与初始IV异或）
    context->state[0] ^= A;
    context->state[1] ^= B;
    context->state[2] ^= C;
    context->state[3] ^= D;
    context->state[4] ^= E;
    context->state[5] ^= F;
    context->state[6] ^= G;
    context->state[7] ^= H;
}

// 更新数据（可分多次调用）
void SM3Update(SM3Context *context, const uint8_t *data, size_t length) {
    context->totalLength += length * 8; // 更新总位数（字节转位）
    
    // 处理缓冲区中的剩余空间
    if (context->bufferLength > 0) {
        size_t copySize = MIN(64 - context->bufferLength, length);
        memcpy(context->buffer + context->bufferLength, data, copySize);
        context->bufferLength += copySize;
        data += copySize;
        length -= copySize;
        
        if (context->bufferLength == 64) {
            SM3Compress(context, context->buffer);
            context->bufferLength = 0;
        }
    }
    
    // 处理完整块
    while (length >= 64) {
        SM3Compress(context, data);
        data += 64;
        length -= 64;
    }
    
    // 缓存剩余数据
    if (length > 0) {
        memcpy(context->buffer, data, length);
        context->bufferLength = length;
    }
}

// 完成哈希计算
void SM3Final(SM3Context *context, uint8_t output[32]) {
    // 计算填充长度（SM3标准：补位1 + k个0 + 64位长度）
    size_t totalBits = context->totalLength;
    size_t paddingBits = (context->bufferLength < 56) ?
                         (56 - context->bufferLength) :
                         (120 - context->bufferLength);
    
    // 构建填充数据
    uint8_t padding[128] = {0};
    padding[0] = 0x80; // 补位起始位（二进制10000000）
    
    // 添加填充
    SM3Update(context, padding, paddingBits);
    
    // 添加消息长度（大端序64位）
    uint64_t bitCount = CFSwapInt64HostToBig(totalBits);
    SM3Update(context, (uint8_t *)&bitCount, 8);
    
    // 确保最后一个块被处理
    if (context->bufferLength > 0) {
        memset(context->buffer + context->bufferLength, 0, 64 - context->bufferLength);
        SM3Compress(context, context->buffer);
    }
    
    // 输出最终哈希（256位，大端序）
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        output[i*4]     = (uint8_t)(context->state[i] >> 24);
        output[i*4 + 1] = (uint8_t)(context->state[i] >> 16);
        output[i*4 + 2] = (uint8_t)(context->state[i] >> 8);
        output[i*4 + 3] = (uint8_t)(context->state[i]);
    }
}

// Objective-C 封装接口
@implementation SM3Encryptor

+ (NSData *)hashWithData:(NSData *)inputData {
    SM3Context context;
    SM3Init(&context);
    
    // 处理输入数据
    SM3Update(&context, inputData.bytes, inputData.length);
    
    // 获取结果
    uint8_t output[32];
    SM3Final(&context, output);
    
    return [NSData dataWithBytes:output length:32];
}

+ (NSString *)hexStringWithData:(NSData *)inputData {
    NSData *hashData = [self hashWithData:inputData];
    const uint8_t *bytes = (const uint8_t *)hashData.bytes;
    NSMutableString *hex = [NSMutableString string];
    
    for (NSUInteger i = 0; i < hashData.length; i++) {
        [hex appendFormat:@"%02X", bytes[i]];
    }
    
    return [hex copy];
}

+ (NSString *)hexStringWithInput:(NSString *)inputStr {
    NSData *inputData = [inputStr dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSData *hashData = [self hashWithData:inputData];
    const uint8_t *bytes = (const uint8_t *)hashData.bytes;
    NSMutableString *hex = [NSMutableString string];
    
    for (NSUInteger i = 0; i < hashData.length; i++) {
        [hex appendFormat:@"%02X", bytes[i]];
    }
    
    return [hex copy];
}


@end