国密算法java语言的实现：利用bcprov和hutool库分别实现国密SM4算法工具类，对称密钥_hutool sm4

SM4算法成为行业标准：

• SM4分组密码算法是2012年3月21日实施的一项行业标准；
• 2021年6月25日，我国SM4分组密码算法作为国际标准ISO/IEC 18033-3：2010/AMD1：2021《信息技术 安全技术 加密算法 第3部分：分组密码 补篇1：SM4》，由国际标准化组织ISO/IEC正式发布；
• 中文名SM4分组密码算法标准号GM/T 0002-2012实施日期2012-03-21发布日期2012-03-21技术归口国家密码管理局批准发布部门国家密码管理局。

SM4算法的重要性

• 是我国提出的分组密码算法，而且得到了国际的认可；
• 是继SM2/SM9数字签名算法、SM3密码杂凑算法、祖冲之密码算法和SM9标识加密算法之后，我国又一个商用密码算法被纳入ISO/IEC国际标准正式发布；
• 标志着我国商用密码算法国际标准体系进一步完善，展现了我国先进的密码科技水平和国际标准化能力，对提升我国商用密码产业发展、推动商用密码更好服务“一带一路”建设具有重要意义；
• 现在，国内已经掀起了国密算法改造的热潮。

SM4算法的特点

• SM4分组密码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；
• 密钥：加密密钥的长度为128比特。

使用bcprov库实现SM4算法的封装

这里，使用maven编译。

1. pom文件中的引用：

<dependency>
            <groupId>org.bouncycastle</groupId>
            <artifactId>bcprov-jdk15to18</artifactId>
            <version>1.64</version>
        </dependency>```

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2. 工具类的实现（Sm4CryptTools）

package com.abc.smutilstest;

import org.bouncycastle.crypto.engines.SM4Engine;
import org.bouncycastle.crypto.params.KeyParameter;
import org.bouncycastle.util.encoders.Hex;

/**
 * SM4算法工具类
 */
public class Sm4CryptTools {

    //加解密的字节快大小
    public static final int BlockSize = 16;

    /**
     * SM4ECB加密算法，对内
     * @param in            待加密字节数组
     * @param keyBytes      密钥
     * @return
     */
    private static byte[] ecb_encrypt(byte[] in, byte[] keyBytes) {
        SM4Engine sm4Engine = new SM4Engine();
        sm4Engine.init(true, new KeyParameter(keyBytes));
        byte[] out = new byte[in.length];
        int times = in.length / BlockSize;
        for (int i = 0; i < times; i++) {
            sm4Engine.processBlock(in, i * BlockSize, out, i * BlockSize);
        }
        return out;
    }

    /**
     * SM4ECB加密算法
     * @param in            待加密字节数组
     * @param keyBytes      密钥
     * @return
     */
    public static String EcbEncrypt(byte[] in, byte[] keyBytes) {
        byte[] out = ecb_encrypt(in, keyBytes);
        String cipher = Hex.toHexString(out);
        return cipher;
    }

    /**
     * SM4的ECB加密算法
     * @param content   待加密字符串, hex字符串
     * @param key       密钥
     * @return
     */
    public static String EcbEncrypt(String content, String key) {
        byte[] in = Hex.decode(content);
        byte[] keyBytes = Hex.decode(key);

        String cipher = EcbEncrypt(in, keyBytes);
        return cipher;
    }

    /**
     * SM4的ECB解密算法，对内
     * @param in        输入的密文字符串
     * @param keyBytes  密钥
     * @return
     */
    private static byte[] ecb_decrypt(byte[] in, byte[] keyBytes) {
        SM4Engine sm4Engine = new SM4Engine();
        sm4Engine.init(false, new KeyParameter(keyBytes));
        int inLen = in.length;
        byte[] out = new byte[inLen];

        int times = inLen / BlockSize;

        for (int i = 0; i < times; i++) {
            sm4Engine.processBlock(in, i * BlockSize, out, i * BlockSize);
        }

        return out;
    }

    /**
     * SM4的ECB解密算法，对外
     * @param in        输入的密文字节数组
     * @param keyBytes  密钥
     * @return
     */
    public static String EcbDecrypt(byte[] in, byte[] keyBytes) {
        byte[] out = ecb_decrypt(in, keyBytes);
        String plain = Hex.toHexString(out);
        return plain;
    }

    /**
     * SM4的ECB解密算法
     * @param cipher    输入的密文字符串
     * @param key       密钥
     * @return
     */
    public static String EcbDecrypt(String cipher, String key) {
        byte[] in = Hex.decode(cipher);
        byte[] keyBytes = Hex.decode(key);

        String plain = EcbDecrypt(in, keyBytes);
        return plain;
    }

    /**
     * 测试函数
     */
    public static void Sm4Test() {
        String data = "FB8661A82ADD944230C3AD3957DAA224";
        String key ="8012BADD542E2C182DFD84795E65A013";
        String resCipherData = EcbEncrypt(data,key);
        String resPlainData = EcbDecrypt(resCipherData,key);
        System.out.println("原始明文：" + data);
        System.out.println("加密后密文：" + resCipherData);
        System.out.println("解密后明文：" + resPlainData);
    }

    /**
     * 主函数
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        Sm4Test();
    }

}
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测试结果：

原始明文：FB8661A82ADD944230C3AD3957DAA224
加密后密文：bc5873a57ff7eda33d74a0b190f1b83f
解密后明文：fb8661a82add944230c3ad3957daa224

使用hutool库实现SM4算法的封装

pom.xml中引入hutool库：

        <dependency>
            <groupId>cn.hutool</groupId>
            <artifactId>hutool-all</artifactId>
            <version>5.8.5</version>
        </dependency>
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hutool库的使用：

/**
     * hutool测试
     */
    public static void TestcaseHutool1(String content){
        SymmetricCrypto sm4Crypto = SmUtil.sm4();
        String encryptHex = sm4Crypto.encryptHex(content);
        System.out.println("原始明文:" + content);
        System.out.println("加密结果:" + encryptHex);

        String decryptStr = sm4Crypto.decryptStr(encryptHex, CharsetUtil.CHARSET_UTF_8);
        System.out.println("解密结果:" + decryptStr);
    }
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测试结果：

原始明文:abc
加密结果:b9e6c65f09bee33181d447416fe32271
解密结果:abc

结语：

SM4无需进行密钥交换，事先就可以直接指定密钥，也可以定期更新。更新后，旧的密文就无法用新的密钥解密了。
SM4可以防止明文传输数据被窃取。
相对于SM2非对称密码算法来说，SM4加解密速度快，适合数据内容比较大的加密场景。