2017-2018-2 20179207 《网络攻防技术》第十三周作业 python3实现SM234算法

国密算法SM234 的python3实现

国家标准

GM/T 0002-2012 《SM4分组密码算法》

GM/T 0003.1-2012 《SM2椭圆曲线公钥密码算法第1部分：总则》

GM/T 0003.2-2012 《SM2椭圆曲线公钥密码算法第2部分：数字签名算法》

GM/T 0003.3-2012《SM2椭圆曲线公钥密码算法第3部分：密钥交换协议》

GM/T 0004-2012 《SM3密码杂凑算法》

具体参见（http://www.oscca.gov.cn/）

算法比较

种类	算法类型	密钥长度	输入数据要求	输出数据特征
SM2	非对称加密算法	公钥64字节，私钥32字节	长度小于（2^32-1）*32=137，438，953，440字节（大约1374亿多）	输出长度是明文长度+96，有随机数参数，每次密文不同
SM3	摘要算法	--	无要求	固定长度，32字节
SM4	对称加密算法	16字节	分组长度16字节，需要填充到16字节整数倍。有CBC和EBC两种模式，CBC需要设定初始值	长度为16字节的整数倍

SM2算法介绍和实现

SM2椭圆曲线公钥密码算法

SM2标准包括总则，数字签名算法，密钥交换协议，公钥加密算法四个部分，并在每个部分的附录详细说明了实现的相关细节及示例。

SM2算法主要考虑素域Fp和F2m上的椭圆曲线，分别介绍了这两类域的表示，运算，以及域上的椭圆曲线的点的表示，运算和多倍点计算算法。然后介绍了编程语言中的数据转换，包括整数和字节串，字节串和比特串，域元素和比特串，域元素和整数，点和字节串之间的数据转换规则。

详细说明了有限域上椭圆曲线的参数生成以及验证，椭圆曲线的参数包括有限域的选取，椭圆曲线方程参数，椭圆曲线群基点的选取等，并给出了选取的标准以便于验证。最后给椭圆曲线上密钥对的生成以及公钥的验证，用户的密钥对为（s，sP），其中s为用户的私钥，sP为用户的公钥，由于离散对数问题从sP难以得到s，并针对素域和二元扩域给出了密钥对生成细节和验证方式。总则中的知识也适用于SM9算法。

在总则的基础上给出了数字签名算法（包括数字签名生成算法和验证算法），密钥交换协议以及公钥加密算法（包括加密算法和解密算法），并在每个部分给出了算法描述，算法流程和相关示例。

数字签名算法，密钥交换协议以及公钥加密算法都使用了国家密管理局批准的SM3密码杂凑算法和随机数发生器。数字签名算法，密钥交换协议以及公钥加密算法根据总则来选取有限域和椭圆曲线，并生成密钥对。

算法的实现和测试

SM3算法介绍和实现

SM3杂凑算法

SM3密码杂凑（哈希、散列）算法给出了杂凑函数算法的计算方法和计算步骤，并给出了运算示例。此算法适用于商用密码应用中的数字签名和验证，消息认证码的生成与验证以及随机数的生成，可满足多种密码应用的安全需求。在SM2，SM9标准中使用。

此算法对输入长度小于2的64次方的比特消息，经过填充和迭代压缩，生成长度为256比特的杂凑值，其中使用了异或，模，模加，移位，与，或，非运算，由填充，迭代过程，消息扩展和压缩函数所构成。具体算法及运算示例见SM3标准。

SM3标准测试

SM4算法介绍和实现

SM4对称算法

此算法是一个分组算法，用于无线局域网产品。该算法的分组长度为128比特，密钥长度为128比特。加密算法与密钥扩展算法都采用32轮非线性迭代结构。解密算法与加密算法的结构相同，只是轮密钥的使用顺序相反，解密轮密钥是加密轮密钥的逆序。

此算法采用非线性迭代结构，每次迭代由一个轮函数给出，其中轮函数由一个非线性变换和线性变换复合而成，非线性变换由S盒所给出。其中rki为轮密钥，合成置换T组成轮函数。轮密钥的产生与上图流程类似，由加密密钥作为输入生成，轮函数中的线性变换不同，还有些参数的区别。SM4算法的具体描述和示例见SM4标准。

SM4算法实现

标准数据

测试结果