国密 sm4 java

国密 SM4 Java

引言

国密（SM）是中国自主研发的一套密码算法标准，其中 SM4 是一种对称加密算法，用于数据的保密性和完整性。

本文将介绍如何在 Java 程序中使用国密 SM4 算法进行加密和解密操作，并带有相应的代码示例。

SM4 算法简介

SM4 算法是一种分组密码算法，采用 128 位密钥和 128 位分组长度。该算法的运算过程包括分组加密和密钥扩展两个主要步骤。

SM4 算法的核心运算是迭代运算，其中包含了四个函数，分别是替代函数（Substitution Box, S-Box）、置换函数（Permutation Box, P-Box）、轮函数（Round Function）和轮密钥生成函数（Round Key Generation Function）。

具体的 SM4 算法细节超出了本文的范围，感兴趣的读者可以参考相关文献或者官方标准。

使用 SM4 算法的 Java 代码示例

在 Java 中可以使用 Bouncy Castle 提供的库来实现 SM4 算法的加解密操作。首先需要添加 Bouncy Castle 的依赖：

<dependency>
    <groupId>org.bouncycastle</groupId>
    <artifactId>bcpkix-jdk15on</artifactId>
    <version>1.68</version>
</dependency>

接下来，我们可以编写一个 SM4Util 工具类来封装加解密的操作：

import org.bouncycastle.crypto.BufferedBlockCipher;
import org.bouncycastle.crypto.engines.SM4Engine;
import org.bouncycastle.crypto.modes.CBCBlockCipher;
import org.bouncycastle.crypto.paddings.PKCS7Padding;
import org.bouncycastle.crypto.params.KeyParameter;
import org.bouncycastle.crypto.params.ParametersWithIV;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;

import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.PBEKeySpec;
import javax.crypto.spec.PBEParameterSpec;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.Security;

public class SM4Util {
    static {
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
    }

    public static byte[] encrypt(String plaintext, String password) throws Exception {
        byte[] data = plaintext.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);

        PBEKeySpec pbeKeySpec = new PBEKeySpec(password.toCharArray());
        SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWITHSHAAND128BITAES-CBC-BC");
        SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(pbeKeySpec);

        SM4Engine engine = new SM4Engine();
        CBCBlockCipher cipher = new CBCBlockCipher(engine);
        BufferedBlockCipher bufferedBlockCipher = new BufferedBlockCipher(cipher);
        bufferedBlockCipher.init(true, new ParametersWithIV(new KeyParameter(secretKey.getEncoded()), new byte[16]));

        byte[] encrypted = new byte[bufferedBlockCipher.getOutputSize(data.length)];
        int length = bufferedBlockCipher.processBytes(data, 0, data.length, encrypted, 0);
        bufferedBlockCipher.doFinal(encrypted, length);

        return encrypted;
    }

    public static String decrypt(byte[] encrypted, String password) throws Exception {
        PBEKeySpec pbeKeySpec = new PBEKeySpec(password.toCharArray());
        SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWITHSHAAND128BITAES-CBC-BC");
        SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(pbeKeySpec);

        SM4Engine engine = new SM4Engine();
        CBCBlockCipher cipher = new CBCBlockCipher(engine);
        BufferedBlockCipher bufferedBlockCipher = new BufferedBlockCipher(cipher);
        bufferedBlockCipher.init(false, new ParametersWithIV(new KeyParameter(secretKey.getEncoded()), new byte[16]));

        byte[] decrypted = new byte[bufferedBlockCipher.getOutputSize(encrypted.length)];
        int length = bufferedBlockCipher.processBytes(encrypted, 0, encrypted.length, decrypted, 0);
        bufferedBlockCipher.doFinal(decrypted, length);

        return new String(decrypted, StandardCharsets.UTF_8);
    }
}

上述代码中，我们使用了 Bouncy Castle 提供的 SM4Engine 和 CBCBlockCipher 类来实现 SM4 算法的加解密操作。同时，我们使用了 PBEKeySpec 和 SecretKeyFactory 来生成密钥，并使用 PKCS7Padding 来进行填充。

类图

以下是 SM4Util 类的类图表示：

classDiagram
    class SM4Util{
        +byte[] encrypt(String plaintext, String password