一、概述
国密算法定义：即国家密码局认定的国产密码算法。
通过定义我们可以知道，国密算法有两个要素：
1、国家密码局认定
在国家密码局官网上，可以看到由其发布的标准规范。
2、密码算法
首先知道什么是密码，密码就是将正常的信息加密后变为无法正常识别的编码，可以认为是一种混淆技术。
将明文数据通过密码算法变成密文后，有三个优点：
（1）、数据保密，混淆后的密文一般无直接意义。
（2）、数据完整，混淆后的密文缺失无法正常恢复。
（3）、身份验证，数据加解密或者对照，都要有密钥或算法的信息，一般可以认为是自己人。
严格意义上的加密是必须保证能恢复明文信息的，但是我们平时说的一些加密，又要要求不能恢复原来的信息，如账号密码里的密码，一般是要求不允许恢复原文的。这时候就出现了一个问题，加密后还能不能恢复成加密前的样子？技术上能恢复的叫加密算法，不能恢复的叫哈希算法。能恢复明文的算法里又分为两种：对称加密和非对称加密。
对称加密：加密时使用的密钥和解密时使用的密钥为同一个。
非对称加密：加解密时使用的密钥是一对，公开密钥和私有密钥，公开密钥用于数据加密，私有密钥用于数据解密。
哈希算法：通过算法对明文数据进行混淆，同一个明文在同一个哈希算法下混淆结果一致。
具体分类可见下表
下图是实际开发中遇到的要求：
为什么用国密算法
（1）、国密算法算法好，速度快。
（2）、支持国产。
（3）、有些企业或部门要求使用，从最近的情况来看，还是自家的比较安全。
与DES和AES算法相似，国密SM4算法是一种分组加密算法。SM4分组密码(block cipher)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。
SM4算法使用128位的加密密钥，而UUID是一个128位的二进制数，故我们可以使用UUID来当作SM4算法的密钥，注意：需要将UUID的横杠-替换成空字符串。
二、SM4加解密流程
SM4算法的加密大致流程如下：
密钥：加密密钥的长度为128比特，表示为MK = (MK0, MK1, MK2, MK3)，其中MKi为32位，
轮密钥表示为(rk0, rk1, ……, rk31)，其中rki为32位。
轮函数F：假设输入为(X0, X1, X2, X3)，Xi 为32位，则轮函数F为：F=(X0, X1, X2, X3, rk) = X0 ⊕ T(X1 ⊕ X2 ⊕ X3 ⊕ rk)
合成置换：T函数是一个可逆变换，由一个非线性变换r和线性变换L复合而成的，即T( )=L(r( ))
非线性变换有四个并行的S盒构成的，设输入为A=(a0, a1, a2, a3)，输出为B=(b0, b1, b2, b3)，其中ai和bi为8位。每个S盒的输入都是一个8位的字节，将这8位的前四位对应的16进制数作为行编号，后四位对应的16进制数作为列编号，然后用相应位置中的字节代替输入的字节。下图为S盒置换表：
线性变换L：线形变换的输入就是S盒的输出，即C=L(B)=B ⊕ (B<<<2) ⊕ (B<<<10) ⊕ (B<<<18) ⊕ (B<<<24)，线性变换的输入和输出都是32位的。
经过了32轮的迭代运算后，最后再进行一次反序变换即可得到加密的密文，即密文C=(Y0, Y1, Y2, Y3)=R(X32. X33, X34, X35)=(X35, X34, X33, X32)。
SM4算法的解密流程和加密流程一致，只不过轮密钥的使用顺序变成了(rk31, rk30, ……, rk0)
三、密钥扩展算法
密钥参量：轮密钥由加密密钥生成。FK=(FK0, FK1, FK2, FK3)为系统参数，以及固定参数CK=(CK0, CK1, ……, CK31)，其中FKi和CKi均为32位并用于密钥扩展算法。
系统参数FK的具体取值如下：
FK0=(A3B1BAC6), FK1=(56AA3350), FK2=(677D9197), FK3=(B27022DC)
固定参数CK的具体取值如下：
密钥扩展方法：设(K0, K1, K2, K3)=(MK0⊕FK0, MK1⊕FK1, MK2⊕FK2, MK3⊕FK3)
则rki=Ki+4=Ki⊕T‘(Ki+1⊕Ki+2⊕Ki+3⊕CKi)
其中T’()是将原来的T()中的线形变换L()替换成L'(B)=B⊕(B<<<13)⊕(B<<<23)
四、Sm4Utils工具类
代码如下：
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider; import org.bouncycastle.pqc.math.linearalgebra.ByteUtils; import javax.crypto.Cipher; import javax.crypto.KeyGenerator; import javax.crypto.spec.SecretKeySpec; import java.security.Key; import java.security.SecureRandom; import java.security.Security; import java.util.Arrays; /** * 国密sm4算法 * author: dongliyuan */ public class Sm4Utils { static { // 防止内存中出现多次BouncyCastleProvider的实例 if(null == Security.getProvider(BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME)) { Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); } } private static final String ENCODING = "UTF-8"; private static final String ALGORITHM_NAME = "SM4"; //加密算法/分组加密模式/分组填充方式 //PKCS5Padding-以8个字节为一组进行分组加密 //定义分组加密模式使用：PKCS5Padding public static final String ALGORITHM_NAME_ECB_PADDING = "SM4/ECB/PKCS5Padding"; //128-32位16进制：256-64位16进制 public static final int DEFAULT_KEY_SIZE = 128; public static final String CCBID = "7bc1b525c0964716bc2f1dbc97e316be"; /** * 生成密钥 * 建议使用org.bouncycastle.util.encoders.Hex将二进制转成HEX字符串 * @return 密钥16位 * @throws Exception */ public static byte[] generateKey() throws Exception { KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM_NAME, BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME); kg.init(DEFAULT_KEY_SIZE, new SecureRandom()); return kg.generateKey().getEncoded(); } /** * 生成ECB暗号 * @param algorithmName 算法名称 * @param mode 模式 * @param key * @return * @throws Exception */ private static Cipher generateEcbCipher(String algorithmName, int mode, byte[] key) throws Exception { Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithmName, BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME); Key sm4Key = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM_NAME); cipher.init(mode, sm4Key); return cipher; } /** * 加密 * @param hexKey 16进制字符串 * @param paramStr 待加密字符 * @return 加密后的结果 * @throws Exception */ public static String encryptEcb(String hexKey, String paramStr) throws Exception { String cipherText = ""; //16进制字符串 ---> byte[] byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(hexKey); //String ---> byte[] byte[] srcData = paramStr.getBytes(ENCODING); //加密后的数组 byte[] cipherArray = encrypt_Ecb_Padding(keyData, srcData); //byte[] ---> hexString cipherText = ByteUtils.toHexString(cipherArray); return cipherText; } /** * 加密模式Ecb * @param key * @param data * @return * @throws Exception */ public static byte[] encrypt_Ecb_Padding(byte[] key, byte[] data) throws Exception { Cipher cipher = generateEcbCipher(ALGORITHM_NAME_ECB_PADDING, Cipher.ENCRYPT_MODE, key); return cipher.doFinal(data); } /** * sm4解密 * @param hexKey 16进制秘钥 * @param cipherText 16进制的加密字符串（忽略大小写） * @return 解密后的字符串 * @throws Exception */ public static String decryptEcb(String hexKey, String cipherText) throws Exception { //用于接收解密后的字符串 String decryptStr = ""; //hexString ---> byte[] byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(hexKey); // hexString --->byte[] byte[] cipherData = ByteUtils.fromHexString(cipherText); //解密 byte[] srcData = decrypt_Ecb_Padding(keyData, cipherData); //byte[] ---> String decryptStr = new String(srcData); return decryptStr; } /** * 解密 * @param key * @param cipherText * @return * @throws Exception */ public static byte[] decrypt_Ecb_Padding(byte[] key, byte[] cipherText) throws Exception { Cipher cipher = generateEcbCipher(ALGORITHM_NAME_ECB_PADDING, Cipher.DECRYPT_MODE, key); return cipher.doFinal(cipherText); } public static boolean verifyEcb(String hexKey, String cipherText, String paramStr) throws Exception { //hexString -->byte[] byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(hexKey); //将16进制字符串转换成数组 byte[] cipherData = ByteUtils.fromHexString(cipherText); //解密 byte[] decryptData = decrypt_Ecb_Padding(keyData, cipherData); //将原字符串转成成byte[] byte[] srcData = paramStr.getBytes(ENCODING); //判断2个数组是否一致 return Arrays.equals(decryptData, srcData); } public static void main(String[] args) throws Exception { System.out.println(encryptEcb(CCBID,"pts")); System.out.println(encryptEcb(CCBID,"ptS#1234")); } }
使用工具类
我们可以使用UUID来作为SM4算法的密钥，只不过要将横杠-替换为空字符串，代码如下：
String salt = UUID.randomUUID().toString().replace("-", "");
自定义密钥：ad07f399bc438b4777bba85bfa05ca28
public class Sm4Test { public static void main(String[] args) { JSONObject jsonObject = new JSONObject(); jsonObject.put("userNo","zhangsan"); jsonObject.put("passwd","1234"); try { System.out.println(Sm4Util.encryptEcb("ad07f399bc438b4777bba85bfa05ca28",JSONObject.toJSONString(jsonObject))); System.out.println(Sm4Util.decryptEcb("ad07f399bc438b4777bba85bfa05ca28","9a0fd3c7ad5e41681766171c08522db37065b4327a915de2dfb03d321d8df87190bbfc67ce38b9a028b8e066bff46c53")); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }
结果如下:
9a0fd3c7ad5e41681766171c08522db37065b4327a915de2dfb03d321d8df87190bbfc67ce38b9a028b8e066bff46c53 {"userNo":"zhangsan","passwd":"1234"}
五、微信小程序国密算法实现库sm-crypto
1、sm-crypto安装
使用此组件需要依赖小程序基础库 2.2.1 以上版本，同时依赖开发者工具的 npm 构建。
微信小程序使用npm引入三方包详解
（1）、创建package.json文件
若没有package.json文件，直接在小程序项目根文件夹下，使用终端输入如下命令初始化环境：
npm init
注：使用该命令需要电脑安装好node环境；初次init直接一路回车即可，在package name: 输入包名 sm-crypto
查看node和npm配置情况
若发现无法查找命令node和npm，证明还未安装nodejs，可以参考下面博客链接进行安装配置node安装进
输入yes
（2）、修改project.private.config.json配置
project.private.config.json文件配置会覆盖project.config.json文件配置，需要修改project.private.config.json里面的setting，初学者可以直接删除setting。
（3）、使用以下指令进行安装，打开终端，cd到小程序项目的根目录，在终端里执行以下命令:
npm install --save miniprogram-sm-crypto
（4）、构建 npm
点击 工具 -> 构建 npm，构建完成，项目根目录多出miniprogram_npm文件夹
构建完成后，即可引入组件。
2、加密
引入：
const sm4 = require('miniprogram-sm-crypto').sm4
对请求体进行加密
var data = { userNo: userno, passwd: password }; var encryptData = sm4.encrypt(JSON.stringify(data), app.globalData.key)
后台返回数据后解密
let decryptData = sm4.decrypt(res.data.result, app.globalData.key);
完整代码：
formSubmit: function(e) { var obj = e.detail.value; var userno = obj.userno.trim(); var password = obj.password.trim(); var data = { userNo: userno, passwd: password }; var encryptData = sm4.encrypt(JSON.stringify(data), app.globalData.key) if (userno == '' || password == '') { wx.showToast({ title: '请输入账号和密码', icon: 'none', duration: 2000 }) } else { wx.showLoading({ title: '登录中...', }); wx.request({ method: 'POST', url: app.globalData.serverApi + "/login", header: { 'content-type': 'application/json', 'appKey': 'app_key' }, data: { applyData: encryptData }, success(res) { wx.hideLoading(); if (res.data.code == 0) { //登录成功 wx.showToast({ title: res.data.message, icon: 'success', duration: 2000 }) let decryptData = sm4.decrypt(res.data.result, app.globalData.key); //存到缓存 wx.setStorageSync('userInfo', JSON.parse(decryptData)); //跳转到首页 wx.reLaunch({ url: '/pages/codeActive/index' }) } else { //登录失败 wx.showToast({ title: res.data.message, icon: 'none', duration: 2000 }) } } }) } }
后台使用上面的Sm4Utils工具类，在RequestBodyAdvice中对请求体进行解密，在ResponseBodyAdvice中对要返回前端的响应体进行加密。
