Python：SM4

SM4

即國家密碼管理局發布的SM4
SM4.0（原名SMS4.0）是中華人民共和國政府采用的一種分組密碼標准

實現

程序運行說明

根據上方文檔說明：

• 該算法的分組長度為 128 比特，密鑰長度為 128 比特。加密算法與密鑰擴展算法都采用 32 輪非線性迭代結構。解密算法與加密算法的結構相同，只是輪密鑰 rk 的使用順序相反，解密輪密鑰是加密輪密鑰的逆序。
• 最終調用函數 enc() 即可
• 程序中注釋僅用於驗證算法的正確性，不影響最終結果

參數

• 輸入：十六進制表示的明文字符串（最大長度為128bit即字符串最大長度為16）和十六進制表示的加密密鑰字符串mk（最大長度同樣為128bit即字符串最大長度為16）
• 輸出：十六進制密文字符串
• 其余函數及常量請參考上面的官方文檔

代碼

def sbox(a):
s=['d690e9fecce13db716b614c228fb2c05',
'2b679a762abe04c3aa44132649860699',
'9c4250f491ef987a33540b43edcfac62',
'e4b31ca9c908e89580df94fa758f3fa6',
'4707a7fcf37317ba83593c19e6854fa8',
'686b81b27164da8bf8eb0f4b70569d35',
'1e240e5e6358d1a225227c3b01217887',
'd40046579fd327524c3602e7a0c4c89e',
'eabf8ad240c738b5a3f7f2cef96115a1',
'e0ae5da49b341a55ad933230f58cb1e3',
'1df6e22e8266ca60c02923ab0d534e6f',
'd5db3745defd8e2f03ff6a726d6c5b51',
'8d1baf92bbddbc7f11d95c411f105ad8',
'0ac13188a5cd7bbd2d74d012b8e5b4b0',
'8969974a0c96777e65b9f109c56ec684',
'18f07dec3adc4d2079ee5f3ed7cb3948']
b=''
for i in range(4):
r=int(a[2*i],16)
c=int(a[2*i+1],16)
b=b+s[r][c*2:(c+1)*2]
return int(b,16)
def cl(x,i):#Cycle left
x='{:032b}'.format(x)
i=i%32
x=x[i:]+x[:i]
return int(x,2)
fk=[int('A3B1BAC6',16),int('56AA3350',16),int('677D9197',16),int('B27022DC',16)]
ck=[]
for i in range(32):
cki=[]
for j in range(4):
cki.append('{:02x}'.format(((4*i+j)*7)%256))
ck.append(int(''.join(cki),16))
''' ck=['00070e15','1c232a31','383f464d','545b6269', '70777e85','8c939aa1','a8afb6bd','c4cbd2d9', 'e0e7eef5','fc030a11','181f262d','343b4249', '50575e65','6c737a81','888f969d','a4abb2b9', 'c0c7ced5','dce3eaf1','f8ff060d','141b2229', '30373e45','4c535a61','686f767d','848b9299', 'a0a7aeb5','bcc3cad1','d8dfe6ed','f4fb0209', '10171e25','2c333a41','484f565d','646b7279'] '''
def f(x,rk,i):
return x[i]^t(x[i+1]^x[i+2]^x[i+3]^rk)
def t(x):
return l(tau(x))
def t_(x):#t'
return l_(tau(x))
def tau(a):
a='{:08x}'.format(a)
b=sbox(a)
return b
def l(b):
c=b^cl(b, 2)^cl(b, 10)^cl(b, 18)^cl(b, 24)
return c
def l_(b):#l'
c=b^cl(b, 13)^cl(b, 23)
return c
def enc(x,mk):
if len(x)!=32:
x=(32-len(x))*'0'+x
p=[x[:8],x[8:16],x[16:24],x[24:]]
x=p
for i in range(len(x)):
x[i]=int(x[i],16)
rk=kea(mk, fk, ck)
for i in range(32):
#print('rk['+'{:02d}'.format(i)+'] = '+'{:08x}'.format(rk[i]),end=' ')
x.append(f(x,rk[i],i))
#print('x['+'{:02d}'.format(i)+'] = '+'{:08x}'.format(x[-1]))
#print()
y=x[32:][::-1]
for i in range(len(y)):
y[i]='{:08x}'.format(y[i])
y=''.join(y)
return y
def kea(mk,fk,ck):#Key extension algorithm
if len(mk)!=32:
mk=(32-len(mk))*'0'+mk
p=[mk[:8],mk[8:16],mk[16:24],mk[24:]]
mk=p
for i in range(len(mk)):
mk[i]=int(mk[i],16)
k=[]
for i in range(4):
k.append(mk[i]^fk[i])
for i in range(32):
k.append(k[i]^t_(k[i+1]^k[i+2]^k[i+3]^ck[i]))
rk=k[4:]
return rk
if __name__=='__main__':
p=input('Your plaintext(hex):')
mk=input('Your encryption key(hex):')
print()
y=enc(p, mk)
print('Ciphertext:',end=(' '))
for i in range(4):
print(y[i*8:(i+1)*8],end=' ')
print()

運行效果

按照文檔中的示例：
驗證時將明文及加密密鑰中的空格去掉
過程參數輸出在注釋

• 示例一
  對一組明文用密鑰加密一次
  明——文：01234567 89abcdef fedcba98 76543210
  加密密鑰：01234567 89abcdef fedcba98 76543210
  並輸出輪密鑰 rk[i] 與每輪輸出狀態 x[i] ：
  
  最後得到密文：681edf34 d206965e 86b3e94f 536e4246
  過程相關參數以及結果均與文檔一致

• 示例二
  利用相同加密密鑰對一組明文反復加密1000000次
  明——文：01234567 89abcdef fedcba98 76543210
  加密密鑰：01234567 89abcdef fedcba98 76543210
  
  得到密文：595298c7 c6fd271f 0402f804 c33d3f66