[发明专利]一种SM4加密方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及计算机安全技术领域，特别是一种SM4加密方法及装置。

背景技术

数据加密是密码系统的基本任务。按加密密钥与解密密钥的关系，目前的各种数据加密体制可以分为两大类：对称密码加密体制和公钥密码加密体制。常用的对称密码方法有DES、AES、IDEA、RC6等。

SM4是一个分组密码算法，明文、密钥、密文都是128比特，加密和解密密钥相同。通过32次循环的非线性迭代轮函数来实现加密和解密。其中包括非线性变换S盒，以及由循环移位异或构成的线性变换。除了256字节的S盒之外，还定义了另外两组参数FK以及CK(具体数据参考密码局网站)。基本过程是首先把128比特密钥按照32比特一组分成4组，然后根据密钥扩展算法，生成32组32比特轮密钥；再把输入的128比特数据也按照32比特一组分成4组然后进行循环运算。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的缺陷，提出了如下改进的技术方案。

一种SM4加密方法，包括：

迭代计算步骤，将128比特的数据表示为X＝(X₀,X₁,X₂,X₃)，32轮的加密密钥记为RK_i,i＝0,1,...,31，进行32次迭代运算：其中表示异或运算；

反序计算步骤，令(Y₀,Y₁,Y₂,Y₃)＝(X₃₅,X₃₄,X₃₃,X₃₂)，则输出的128比特的加密数据表示为Y＝(Y₀,Y₁,Y₂,Y₃)；

其中，合成置换T的输入和输出都是32比特，由非线性变换τ和线性变换L复合而成T(·)＝L(τ(·))。

更进一步地，将32比特输入数据表示为：A＝(a₀,a₁,a₂,a₃)，其中，a₀,a₁,a₂,a₃均为8比特字节，则τ(A)＝(S(a₀),S(a₁),S(a₂),S(a₃))。

更进一步地，T(A)＝L(τ(A))＝L(S(a₀),S(a₁),S(a₂),S(a₃))。

更进一步地，定义<<<表示循环左移操作；记I₃₂为32×32的单位矩阵，则B＝I₃₂·B；记为将I₃₂的各行向上循环移动2行得到的矩阵，则有同理也有其中通过将矩阵I₃₂各行向上循环移动10、18、24行得到，记则有：

记I₈为8×8的单位矩阵而0₈为8×8零矩阵，32比特字B为Sbox的输出，B＝[S(a₀),S(a₁),S(a₂),S(a₃)]^T，可如下表示：

则

其中

的值由8比特的输入a₀决定，通过预计算含有256个元素的表格,记为并通过查表的方式来计算的计算可以通过预计算4张含有256个元素的表格，并通过4次查表以及3次异或运算来完成。

更进一步地，

的代换表格为：