SM4国密4在jdk1.7版本和jdk1.8版本中的工具类使用_hutool sm4

作者：你好赵伟 | 2024-07-11 11:03:15

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hutool sm4

（一）首先，直接可用的工具类如下：

1、JDK1.8版本，使用hutool工具类实现SM4对称加密，pom依赖如下：


		<!-- Hutool 工具包 -->
		<dependency>
			<groupId>cn.hutool</groupId>
			<artifactId>hutool-core</artifactId>
			<version>5.8.20</version>
		</dependency>
 
		<dependency>
			<groupId>cn.hutool</groupId>
			<artifactId>hutool-crypto</artifactId>
			<version>5.8.20</version>
		</dependency>
 
		<!-- 国密 sm4 依赖jar包 -->
		<dependency>
			<groupId>org.bouncycastle</groupId>
			<artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId>
			<version>1.68</version>
		</dependency>

工具类实现：


import cn.hutool.core.util.CharsetUtil;
import cn.hutool.crypto.SmUtil;
import cn.hutool.crypto.symmetric.SymmetricCrypto;
import com.alibaba.fastjson2.JSON;
import com.alibaba.fastjson2.JSONObject;
 
/**
 * @Author 国密4工具类
 * @Description 数据加密解密
 **/
public class Sm4Utils {
 
    private Sm4Utils(){}
 
    /**
     * sm4数据加密
     * @param secretKey 秘钥
     * @param params 参数信息
     * @return 加密后的值
     */
    public static String sm4EncryptUtil(String secretKey, String params){
        SymmetricCrypto sm4 = SmUtil.sm4(secretKey.getBytes());
        return sm4.encryptHex(params);
    }
 
    /**
     * sm4数据解密
     * @param secretKey 秘钥
     * @param encryptContext 加密的内容
     * @return 解密后的值
     */
    public static String sm4DecryptUtil(String secretKey, String encryptContext){
        SymmetricCrypto sm4 = SmUtil.sm4(secretKey.getBytes());
        return sm4.decryptStr(encryptContext, CharsetUtil.CHARSET_UTF_8);
    }
 
    /**
     * 测试方法，测试完要记得删除掉
     */
    public static void main(String[] args) {
        // 自定义秘钥
        String secretKey = "csdn1024CSDN1024";
 
        JSONObject jsonObject = new JSONObject();
        jsonObject.put("name", "csdn");
        jsonObject.put("desc","1024程序员节");
 
        String strParams = JSON.toJSONString(jsonObject);
        System.out.println(String.format("明文参数: %s", strParams));
 
        String encryptContext = sm4EncryptUtil(secretKey, strParams);
        System.out.println(String.format("加密后的值: %s", encryptContext));
 
        String decryptInfo = sm4DecryptUtil(secretKey, encryptContext);
        System.out.println(String.format("解密后的信息: %s", decryptInfo));
    }
 
}

打印信息：

2、JDK1.7版本，pom依赖如下：


		<!--  国密 sm4 依赖jar包  -->
		<dependency>
			<groupId>org.bouncycastle</groupId>
			<artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId>
			<version>1.68</version>
		</dependency>

工具类实现：


import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
import org.bouncycastle.pqc.math.linearalgebra.ByteUtils;
import org.bouncycastle.util.encoders.Hex;
 
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;
 
/**
 * @Author jdk1.7测试工具类
 * @Date 2023/10/23 10:57
 * @Description 国密4工具类
 **/
public class Sm4Utils {
 
    static {
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
    }
 
    private static final String ENCODING = "UTF-8";
    public static final String ALGORITHM_NAME = "SM4";
    public static final String ALGORITHM_NAME_ECB_PADDING = "SM4/ECB/PKCS5Padding";
    public static final int DEFAULT_KEY_SIZE = 128;
 
    // 自定义秘钥
    private static final String SECRET_KEY = "csdn1024CSDN1024";
 
    /**
     * 生成秘钥信息
     * 
     * ***注意***
     * 该方法需注意：
     * 
     *    使用 new SecureRandom()，实例化对象时程序会使用默认算法生成随机数：
     *
     *    Window系统中的算法是“SHA1PRNG”   而Linux中是“NativePRNG”，
     *    两个算法的区别在于“NativePRNG”算法的seed每次都是随机的，所以代码中无法生成稳定的密钥，
     *    ==> 导致解密失败！
     * 
     */
//    public static byte[] generateKey() throws Exception {
//        KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM_NAME, BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);
//        kg.init(DEFAULT_KEY_SIZE, new SecureRandom(SECRET_KEY.getBytes()));
//        return kg.generateKey().getEncoded();
//    }
 
    /**
     * 生成秘钥信息
     */
    public static byte[] generateKey() throws Exception {
        KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM_NAME, BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);
        SecureRandom secureRandom = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
        secureRandom.setSeed(SECRET_KEY.getBytes());
        kg.init(DEFAULT_KEY_SIZE, secureRandom);
        return kg.generateKey().getEncoded();
    }
 
 
    /**
     * 初始化加密模式
     * @param key 秘钥
     * @param data 参数信息
     * @return byte[]
     */
    public static byte[] encryptEcbPadding(byte[] key, byte[] data) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM_NAME_ECB_PADDING, BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);
        Key sm4Key = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM_NAME);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, sm4Key);
        return cipher.doFinal(data);
    }
 
    /**
     * 加密工具类
     * @param params 参数值
     * @return String
     */
    public static String sm4EncryptUtil(String params) {
        try {
            String strHexKey = Hex.toHexString(generateKey());
            byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(strHexKey);
            byte[] srcData = params.getBytes(ENCODING);
 
            // 加密后的数组
            byte[] cipherArray = encryptEcbPadding(keyData, srcData);
            return ByteUtils.toHexString(cipherArray);
 
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(String.format("异常信息: %s", e.getMessage()));
            return "";
        }
    }
 
 
    /**
     * 参数解密
     * @param encryptContext 请求密文
     * @return String
     */
    public static String sm4DecryptUtil(String encryptContext) throws Exception {
        // 用于接收解密后的字符串
        String decryptContext = "";
        // 解密
        byte[] srcData = new byte[0];
        try {
            String strHexKey = Hex.toHexString(generateKey());
            byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(strHexKey);
            byte[] cipherData = ByteUtils.fromHexString(encryptContext);
 
            // 参数解密
            srcData = decryptEcbPadding(keyData, cipherData);
            decryptContext = new String(srcData, ENCODING);
 
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return decryptContext;
    }
 
    public static byte[] decryptEcbPadding(byte[] key, byte[] cipherText) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM_NAME_ECB_PADDING, BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);
        Key sm4Key = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM_NAME);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, sm4Key);
        return cipher.doFinal(cipherText);
    }
 
 
    /**
     * 测试方法，测试完要记得删除掉
     */
    public static void main(String[] args) {
        try {
            String strParams = "{\"name\":\"csdn\",\"desc\":\"1024程序员节\"}";
            System.out.println(String.format("参数信息: %s", strParams));
 
            // 参数加密
            String encryptContext = Sm4Utils.sm4EncryptUtil(strParams);
            System.out.println(String.format("加密后的值: %s", encryptContext));
 
            String decryptContext = Sm4Utils.sm4DecryptUtil(encryptContext);
            System.out.println(String.format("解密后的信息: %s", decryptContext));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
 
    }
}

打印信息：

注：如果JDK1.7使用hutool包实现SM4，降低hutool的版本，也是可以实现的，实测可用：


		<dependency>
			<groupId>cn.hutool</groupId>
			<artifactId>hutool-crypto</artifactId>
			<version>4.6.17</version>
		</dependency>

注意:

如果服务在Windows运行解密正常，部署到Liunx解密失败，例如:

需要查看秘钥方法是不是如下配置：


    /**
     * 生成秘钥信息
     */
    public static byte[] generateKey() throws Exception {
        KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM_NAME, BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);
        SecureRandom secureRandom = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
        secureRandom.setSeed(SECRET_KEY.getBytes());
        kg.init(DEFAULT_KEY_SIZE, secureRandom);
        return kg.generateKey().getEncoded();
    }

报错原因：

使用new SecureRandom()，实例化对象时程序会使用默认算法生成随机数：
Window系统中的算法是“SHA1PRNG” 而Linux中是“NativePRNG”，
两个算法的区别在于“NativePRNG”算法的seed每次都是随机的，所以代码中无法生成稳定的密钥，导致解密失败。

（二）如果版本不一致碰到的问题

1、JDK1.7版本，使用hutool-crypto-5.7.16，会提示如下异常：

（三）SM4国密4在加密的过程中需要注意的点

1. 密钥长度：SM4算法的密钥长度为128位。在Java中，可以使用16字节（128位）的字节数组来表示密钥。

2. 数据填充：SM4算法要求输入数据的长度必须是16字节的倍数。如果输入数据长度不足16字节，需要进行填充以满足要求。常见的填充方式包括PKCS7和Zero Padding。

3. 加密模式：SM4算法支持多种加密模式，如ECB、CBC、CTR等。在选择加密模式时，需要根据具体需求和安全性要求进行选择。

4. 密钥交换和存储：为了保证密钥的安全性，通常需要使用安全的密钥交换协议（如Diffie-Hellman）来协商和交换密钥。同时，密钥在存储时也需要采取适当的安全措施，如加密存储或使用硬件安全模块（HSM）。

5. 密钥管理和更新：密钥管理是使用SM4算法时需要特别关注的一个方面。密钥的生成、更新、分发和撤销都需要进行严格的控制和管理，以确保密钥的安全性。

（四）SM4算法多种加密模式ECB、CBC、CTR的区别

1. ECB模式（电子密码本模式）：在ECB模式下，每个明文块都独立地使用相同的密钥进行加密。这意味着相同的明文块会得到相同的密文块。ECB模式适用于每个数据块都可以独立加密的场景，且保密性是主要关注点。然而，ECB模式不提供对抗模式分析或数据篡改的保护。

2. CBC模式（密码块链模式）：CBC模式引入了初始化向量（IV），并在加密之前，将每个明文块与前一个密文块进行异或运算。这种链接过程增加了随机性并消除了密文中的模式。CBC模式提供了保密性和一定程度的防篡改保护。它通常用于需要保证数据完整性的安全通信协议。

3. CTR模式（计数器模式）：CTR模式将块密码转化为流密码。它使用一个递增的计数器值与一个只使用一次的随机数（nonce）相结合。计数器值被加密以生成密钥流，然后与明文进行异或运算以生成密文。CTR模式提供了并行加密和解密的能力，适用于高速数据处理。它还提供对加密数据的良好随机访问。

选择加密模式取决于应用的具体要求。例如：
- ECB模式适用于加密独立的数据块，例如加密单独的数据库记录。
- CBC模式适用于需要保证数据完整性和保密性的安全通信渠道，例如HTTPS。
- CTR模式通常用于磁盘加密或需要对加密数据进行随机访问的场景，例如数据库加密。

CBC加密模式实现，如下链接：

Java聚合对外网关，使用国密SM4采用CBC分组填充模式实现数据加密工具类，Jmeter压测

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