国密SM4

国密SM4的分组长度128bit，密钥长度：128bit。

1、特点

　　是一种滑动窗口结构；

　　加密算法解密算法相同；

　　经过32轮轮函数；

2、算法结构

 

3、基本算法部件

　　(1) 非线性变换部件S盒

　　　　8比特出入--->S盒--->8比特输出

　　　　b=S_box(a);其中a为8比特的输入，b为8比特的输出；

　　　　S盒的置换规则：

　　　　　　把一个字节转换成十六进制的xy，x为S盒第x行，y为S盒的第y列；

　　(2) 32位字的非线性变换t

　　　　4个S盒并行输出,其中a0、a1、a2、a3为输入，b0、b1、b2、b3为输出

　　　　b0=S_box(a0)

　　　　b1=S_box(a1)

　　　　b2=S_box(a2)

　　　　b3=S_box(a3)

 　　　　记B=（b0,b1,b2,b3）

　　(3) 字线性变换，循环向左移动

　　　　C=L（B）

　　　　　　=B⊕（B<<<2）⊕（B<<<10）⊕（B<<<18）⊕（B<<<24）;  

　　(4)字合成变换T

　　　　T(X)=L(t(X))

4、轮函数

　　输入4个32位字，X0,X1,X2,X3；

　　输入轮密钥rk,32位；

　　输出32位；

　　F（X0,X1,X2,X3,rK）=X0⊕T(X1⊕X2⊕X3⊕rK)

 

 　　把128bit明文分为4个32位字（X0,X1,X2,X3）

　　X1,X2,X3,rK相互异或得到32位字

　　将这32位字并行输入5*4个S盒，输出的结果再进行循环左移；

　　最后与X0进行异或。

5、加密过程，滑动窗口结构

 

 128bit（X0,X1,X2,X3）的明文经过一次轮函数输出32位字(X4)，并将输出结果添加到明文的最后一个字后，进入第二次轮函数……直到第32轮函数执行完毕。最后四次经过轮函数得到的（X35X34X333X32）4个32位字即为密文。

6、密钥扩展算法

　　用到4个常数

　　用到32个参数

 

 　　输入加密密钥MK=（MK0，MK1,MK2,MK3）

　　(K0,K1,K2,K3)=(MK0⊕FK0,MK1⊕FK1,MK2⊕FK2,MK3⊕FK3)

　　For  i=0，1…,30，31

            Do

            iki=Ki+4=Ki⊕T’(Ki+1⊕Ki+2⊕Ki+3⊕CKi)

           说明：T’变换与加密算法轮函数中的T基本相同，只将其中的线性变换L修改为以下：L’(B)=B⊕(B<<<13)⊕(B<<<23)