SM4 (国密4) 算法 -- PHP 版

简要描述:

  • 在外网数据传输, 需要加密, 使用国密4加密, 据说是国人开发的算法. 细节没有研究, 先记录下怎么使用吧...

PHP NewSm4 类

<?php
namespace app\api\model;
use think\Config;
use think\Exception;

/**
 *
 * @desc:php Sm4加密解密类
 * @author
 */
class NewSm4
{

    protected $SM4_CK;
    protected $SM4_Sbox;
    protected $SM4_FK;
    public function __construct()
    {
        $this->SM4_CK = [
            0x00070e15, 0x1c232a31, 0x383f464d, 0x545b6269,
            0x70777e85, 0x8c939aa1, 0xa8afb6bd, 0xc4cbd2d9,
            0xe0e7eef5, 0xfc030a11, 0x181f262d, 0x343b4249,
            0x50575e65, 0x6c737a81, 0x888f969d, 0xa4abb2b9,
            0xc0c7ced5, 0xdce3eaf1, 0xf8ff060d, 0x141b2229,
            0x30373e45, 0x4c535a61, 0x686f767d, 0x848b9299,
            0xa0a7aeb5, 0xbcc3cad1, 0xd8dfe6ed, 0xf4fb0209,
            0x10171e25, 0x2c333a41, 0x484f565d, 0x646b7279
        ];

        $this->SM4_Sbox = [
            0xd6, 0x90, 0xe9, 0xfe, 0xcc, 0xe1, 0x3d, 0xb7, 0x16, 0xb6, 0x14, 0xc2, 0x28, 0xfb, 0x2c, 0x05,
            0x2b, 0x67, 0x9a, 0x76, 0x2a, 0xbe, 0x04, 0xc3, 0xaa, 0x44, 0x13, 0x26, 0x49, 0x86, 0x06, 0x99,
            0x9c, 0x42, 0x50, 0xf4, 0x91, 0xef, 0x98, 0x7a, 0x33, 0x54, 0x0b, 0x43, 0xed, 0xcf, 0xac, 0x62,
            0xe4, 0xb3, 0x1c, 0xa9, 0xc9, 0x08, 0xe8, 0x95, 0x80, 0xdf, 0x94, 0xfa, 0x75, 0x8f, 0x3f, 0xa6,
            0x47, 0x07, 0xa7, 0xfc, 0xf3, 0x73, 0x17, 0xba, 0x83, 0x59, 0x3c, 0x19, 0xe6, 0x85, 0x4f, 0xa8,
            0x68, 0x6b, 0x81, 0xb2, 0x71, 0x64, 0xda, 0x8b, 0xf8, 0xeb, 0x0f, 0x4b, 0x70, 0x56, 0x9d, 0x35,
            0x1e, 0x24, 0x0e, 0x5e, 0x63, 0x58, 0xd1, 0xa2, 0x25, 0x22, 0x7c, 0x3b, 0x01, 0x21, 0x78, 0x87,
            0xd4, 0x00, 0x46, 0x57, 0x9f, 0xd3, 0x27, 0x52, 0x4c, 0x36, 0x02, 0xe7, 0xa0, 0xc4, 0xc8, 0x9e,
            0xea, 0xbf, 0x8a, 0xd2, 0x40, 0xc7, 0x38, 0xb5, 0xa3, 0xf7, 0xf2, 0xce, 0xf9, 0x61, 0x15, 0xa1,
            0xe0, 0xae, 0x5d, 0xa4, 0x9b, 0x34, 0x1a, 0x55, 0xad, 0x93, 0x32, 0x30, 0xf5, 0x8c, 0xb1, 0xe3,
            0x1d, 0xf6, 0xe2, 0x2e, 0x82, 0x66, 0xca, 0x60, 0xc0, 0x29, 0x23, 0xab, 0x0d, 0x53, 0x4e, 0x6f,
            0xd5, 0xdb, 0x37, 0x45, 0xde, 0xfd, 0x8e, 0x2f, 0x03, 0xff, 0x6a, 0x72, 0x6d, 0x6c, 0x5b, 0x51,
            0x8d, 0x1b, 0xaf, 0x92, 0xbb, 0xdd, 0xbc, 0x7f, 0x11, 0xd9, 0x5c, 0x41, 0x1f, 0x10, 0x5a, 0xd8,
            0x0a, 0xc1, 0x31, 0x88, 0xa5, 0xcd, 0x7b, 0xbd, 0x2d, 0x74, 0xd0, 0x12, 0xb8, 0xe5, 0xb4, 0xb0,
            0x89, 0x69, 0x97, 0x4a, 0x0c, 0x96, 0x77, 0x7e, 0x65, 0xb9, 0xf1, 0x09, 0xc5, 0x6e, 0xc6, 0x84,
            0x18, 0xf0, 0x7d, 0xec, 0x3a, 0xdc, 0x4d, 0x20, 0x79, 0xee, 0x5f, 0x3e, 0xd7, 0xcb, 0x39, 0x48
        ];

        $this->SM4_FK = [0xA3B1BAC6, 0x56AA3350, 0x677D9197, 0xB27022DC];

    }


    /**
     * 系统参数
     */


    private $key = [];//16个 HEXHEX格式的数组 16字节 128bits  为了操作方便,直接存成十进制

    private $skey = [];//记录每轮加密的秘钥 记录成十进制

    private $block_size = 32;


    /**设置加密秘钥
     *
     * @param $key 32个十六进制的字符
     *
     * @return \SM4
     * @throws \Exception
     */
    public function setKey($key)
    {
        $this->key = $this->preProcess($key);
        $this->setSkey();

        return $this;
    }

    /**
     * 计算每轮加密需要的秘钥
     */
    private function setSkey()
    {
        $skey = [];
        for ($i = 0; $i < 4; $i++) {
            $skey[] = $this->SM4_FK[$i] ^ ($this->key[4 * $i] << 24 | $this->key[4 * $i + 1] << 16 | $this->key[4 * $i + 2] << 8 | $this->key[4 * $i + 3]);
        }
        for ($k = 0; $k < 32; $k++) {
            $tmp = $skey[$k + 1] ^ $skey[$k + 2] ^ $skey[$k + 3] ^ $this->SM4_CK[$k];

            //非线性化操作
            $buf = ($this->SM4_Sbox[($tmp >> 24) & 0xff]) << 24 |
                ($this->SM4_Sbox[($tmp >> 16) & 0xff]) << 16 |
                ($this->SM4_Sbox[($tmp >> 8) & 0xff]) << 8 |
                ($this->SM4_Sbox[$tmp & 0xff]);
            //线性化操作
            $skey[] = $skey[$k] ^ ($buf ^ $this->sm4Rotl32($buf, 13) ^ $this->sm4Rotl32($buf, 23));
            $this->skey[] = $skey[$k + 4];
        }
    }


    /**32比特的buffer中循环左移n位
     *
     * @param $buf int 可以传递进10进制 也可以是0b开头的二进制
     * @param $n int 向左偏移n位
     *
     * @return int
     * reference http://blog.csdn.net/w845695652/article/details/6522285
     */
    private function sm4Rotl32($buf, $n)
    {
        return (($buf << $n) & 0xffffffff) | ($buf >> (32 - $n));
    }

    /**
     * 对字符串加密
     *
     * @param $plainText
     *
     * @return string
     * @throws Exception
     */
    public function encryptData($plainText)
    {
        $bytes = bin2hex($plainText);

        $need_pad_length = $this->block_size - strlen($bytes) % $this->block_size;
        $pad_bytes = str_pad(
            $bytes,
            strlen($bytes) + $need_pad_length,
            sprintf("%02x", $need_pad_length / 2),
            STR_PAD_RIGHT
        );
        $chunks = str_split($pad_bytes, $this->block_size);

        return strtolower(implode('', array_map(function ($chunk) {
            return $this->encrypt($chunk);
        }, $chunks)));
    }


    /**SM4加密单个片段(128bit)
     *
     * @param $text string 32个十六进制字符串
     *
     * @return string
     * @throws Exception
     */
    public function encrypt($text)
    {
        $x = $re = [];
        $t = $this->preProcess($text);


        for ($i = 0; $i < 4; $i++) {
            $x[] = $t[$i * 4] << 24 |
                $t[$i * 4 + 1] << 16 |
                $t[$i * 4 + 2] << 8 |
                $t[$i * 4 + 3];
        }

        for ($k = 0; $k < 32; $k++) {
            $tmp = $x[$k + 1] ^ $x[$k + 2] ^ $x[$k + 3] ^ $this->skey[$k];

            $buf = $this->SM4_Sbox[($tmp >> 24) & 0xff] << 24 |
                $this->SM4_Sbox[($tmp >> 16) & 0xff] << 16 |
                $this->SM4_Sbox[($tmp >> 8) & 0xff] << 8 |
                $this->SM4_Sbox[$tmp & 0xff];

            $x[$k + 4] = $x[$k] ^ $buf
                ^ $this->sm4Rotl32($buf, 2)
                ^ $this->sm4Rotl32($buf, 10)
                ^ $this->sm4Rotl32($buf, 18)
                ^ $this->sm4Rotl32($buf, 24);
        }
        for ($i = 0; $i < 4; $i++) {
            $re[] = ($x[35 - $i] >> 24) & 0xff;
            $re[] = ($x[35 - $i] >> 16) & 0xff;
            $re[] = ($x[35 - $i] >> 8) & 0xff;
            $re[] = $x[35 - $i] & 0xff;
        }

        return $this->wrapResult($re);

    }


    /**预处理16字节长度的16进制字符串 返回10进制的数组 数组大小为16
     *
     * @param $text
     *
     * @return array
     * @throws Exception
     */
    private function preProcess($text)
    {
        preg_match('/[0-9a-f]{32}/', strtolower($text), $re);
        if (empty($re)) {
            throw new Exception('error input format!');
        }
        $key = $re[0];
        for ($i = 0; $i < 16; $i++) {
            $result[] = hexdec($key[2 * $i] . $key[2 * $i + 1]);
        }

        return $result;
    }

    /**将十进制结果包装成16进制字符串输出
     *
     * @param $result
     *
     * @return string
     */
    private function wrapResult($result)
    {
        $hex_str = '';
        foreach ($result as $v) {
            $tmp = dechex($v);
            $len = strlen($tmp);
            if ($len == 1)//不足两位十六进制的数 在前面补一个0,保证输出也是32个16进制字符
            {
                $hex_str .= '0';
            }
            $hex_str .= $tmp;
        }

        return strtoupper($hex_str);
    }


    /**SM4解密单个片段(128bits)
     *
     * @param $text string 32个16进制字符串
     *
     * @return string
     * @throws Exception
     */
    public function decrypt($text)
    {
        $x = $re = [];
        $t = $this->preProcess($text);
        for ($i = 0; $i < 4; $i++) {
            $x[] = $t[4 * $i] << 24 |
                $t[4 * $i + 1] << 16 |
                $t[4 * $i + 2] << 8 |
                $t[4 * $i + 3];
        }
        for ($k = 0; $k < 32; $k++) {
            $tmp = $x[$k + 1] ^ $x[$k + 2] ^ $x[$k + 3] ^ $this->skey[31 - $k];
            $buf = ($this->SM4_Sbox[($tmp >> 24) & 0xff]) << 24 |
                ($this->SM4_Sbox[($tmp >> 16) & 0xff]) << 16 |
                ($this->SM4_Sbox[($tmp >> 8) & 0xff]) << 8 |
                ($this->SM4_Sbox[$tmp & 0xff]);
            $x[$k + 4] = $x[$k] ^ $buf
                ^ $this->sm4Rotl32($buf, 2)
                ^ $this->sm4Rotl32($buf, 10)
                ^ $this->sm4Rotl32($buf, 18)
                ^ $this->sm4Rotl32($buf, 24);
        }

        for ($i = 0; $i < 4; $i++) {
            $re[] = ($x[35 - $i] >> 24) & 0xff;
            $re[] = ($x[35 - $i] >> 16) & 0xff;
            $re[] = ($x[35 - $i] >> 8) & 0xff;
            $re[] = $x[35 - $i] & 0xff;
        }

        return $this->wrapResult($re);
    }

    public function decryptData($cipherText)
    {
        $chunks = str_split($cipherText, $this->block_size);
        $decrypt_text_data = implode('', array_map(function ($chunk) {
            return $this->decrypt($chunk);
        }, $chunks));

        $pad_length = hexdec(substr($decrypt_text_data, -2));

        return strtolower(hex2bin(preg_replace(
            sprintf("/%s$/", str_repeat(sprintf("%02x", $pad_length), $pad_length)),
            '',
            $decrypt_text_data
        )));
    }
}

如何使用

  • 定义一个秘钥 "68756875687568756875687568756875" (16位字符串进行十六进制转换之后,作为秘钥)
  • 简单demo
<?php
    header("Content-Type: text/html;charset=utf-8");
    require_once 'NewSm4.php'; // 引入国密4类 NewSm4.php


    $sm4 = new \NewSm4();

    $original_plain_text_data = '我真的不是帅哥!!!';
    $new_key = '68756875687568756875687568756875';

    $encrypted_text_data = $sm4->setKey($new_key)->encryptData(($original_plain_text_data)); // 加密字符串
    echo '加密后的数据: '. $encrypted_text_data;

    $decrypted_text_data = $sm4->setKey($new_key)->decryptData(($encrypted_text_data));
    echo '解密后的数据: '. ($decrypted_text_data);

  • 输出结果
    加密后的数据: 589d01548e431bef93ed0c2042b1c87f7dbec72f58c9188733070b182ddeffa1
    解密后的数据: 我真的不是帅哥!!!

结束语
SM4(国密4)算法, 第一次使用, 留作记录. 哪里有些不足的地方, 还请大佬指教!(手动抱拳)

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 221,548评论 6 515
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 94,497评论 3 399
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 167,990评论 0 360
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 59,618评论 1 296
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 68,618评论 6 397
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 52,246评论 1 308
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 40,819评论 3 421
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 39,725评论 0 276
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 46,268评论 1 320
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 38,356评论 3 340
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 40,488评论 1 352
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 36,181评论 5 350
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,862评论 3 333
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 32,331评论 0 24
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 33,445评论 1 272
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 48,897评论 3 376
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 45,500评论 2 359

推荐阅读更多精彩内容