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Principle of SM4 encryption algorithm

SM4 加密算法简介

SM4是一种分组对称加密标准，由中国国家密码管理局所制定，属于国家商用密码算法系列之一。它在国内广泛用于金融、电子政务等领域的数据保护。SM4算法的核心特点包括：

• 分组长度：128位。
• 密钥长度：128位。
• 轮数：32轮。
• 加密与解密：使用相同的算法结构（轮函数和轮密钥生成算法相同），密钥调度算法产生的轮密钥顺序相反。

SM 系列主要分为 SM2、SM3、SM4。其中SM2为非对称加密算法，SM3为哈希摘要算法，SM4为对称加密算法。

SM4 工作模式

与其他对称加密算法一样，SM4可以在多种工作模式下运行，例如ECB（电子密码本模式）、CBC（密码块链接模式）、CFB（密码反馈模式）、OFB（输出反馈模式）和CTR（计数器模式）等。

算法步骤

1. 密钥扩展：将128位密钥扩展为32个轮密钥。
2. 初始变换：输入的128位明文经过初始置换。
3. 轮函数：对数据块进行32轮加密或解密处理。
4. 反初始变换：将最终的数据块进行一次反向置换，得到密文或明文。

加密举例

以下是一个SM4加密的简化示例，考虑到SM4算法的复杂性，这里不展示具体的算法实现代码，而是提供一个使用Python中的第三方库进行SM4加密解密的示例。
假设您已经安装了支持SM4的第三方库（如gmssl），则可以这样进行加密和解密：

from gmssl import sm4, func
# 密钥和明文（都需要是16字节的十六进制字符串）
key = b'0123456789abcdeffedcba9876543210'
plaintext = b'0123456789abcdeffedcba9876543210'

# 创建SM4对象
crypt_sm4 = sm4.CryptSM4()

# 设置密钥并加密
crypt_sm4.set_key(key, sm4.SM4_ENCRYPT)
ciphertext = crypt_sm4.crypt_ecb(plaintext)  # ECB模式加密
print("Ciphertext (ECB):", func.bytes_to_list(ciphertext))

# 设置密钥并解密
crypt_sm4.set_key(key, sm4.SM4_DECRYPT)
decrypt_text = crypt_sm4.crypt_ecb(ciphertext)  # ECB模式解密
print("Decrypted Text (ECB):", func.bytes_to_list(decrypt_text))

注意事项

• 在实际应用中，加密密钥应该是随机生成的，保证足够的安全性。
• 为了提高安全性，除非特别需要，尽量避免使用ECB模式，因为它对于同一密钥和相同的明文块总是产生相同的密文块，可能会泄露一些模式信息。
• 在使用对称加密算法时，密钥的保管和传输非常重要，需要通过安全的方式进行。

以上信息提供了SM4算法的概述和一个加密解密的基本例子，实际应用中可能需调整代码以满足特定的安全要求和性能考虑。