使用openssl和java进行SM4密钥调试

Posted 2023-04-01 孤港猫怨海

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

在openssl中和java进行SM4相关功能调试

• 前言
• 一、什么是SM4
• 二、java使用步骤
• • 1.引入maven依赖
  • 2.java代码
  • 3.openssl验证
• 总结

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前言

最近项目上要求增加国密相关的密钥和对应的算法，在此进行简单记录

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一、什么是SM4

– SM4算法介绍
SM4 算法是一种分组密码算法。其分组长度为 128bit，密钥长度也为 128bit。
加密算法与密钥扩展算法均采用 32 轮非线性迭代结构，以字（32 位）为单位进
行加密运算，每一次迭代运算均为一轮变换函数 F。SM4 算法加/解密算法的结构
相同，只是使用轮密钥相反，其中解密轮密钥是加密轮密钥的逆序。

二、java使用步骤

1.引入maven依赖

pom文件中增加BC库：

 		<dependency>
            <groupId>org.bouncycastle</groupId>
            <artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId>
            <version>1.69</version>
        </dependency>

2.java代码

代码如下：

	 /*
    * SM4算法名称
    * */
    private static final String ALGORITHM_NAME = "SM4";

    /**
    *  加密模式和填充
    * */
    public static final String CIPHER_ALGORITHM_ECB_WITH_PKCS5PADDING = "SM4/ECB/PKCS5Padding";

    public static final String CIPHER_ALGORITHM_CBC_WITH_PKCS5PADDING = "SM4/CBC/PKCS5Padding";

    public static final String CIPHER_ALGORITHM_ECB_WITH_PKCS7PADDING = "SM4/ECB/PKCS7Padding";

    public static final String CIPHER_ALGORITHM_CBC_WITH_PKCS7PADDING = "SM4/CBC/PKCS7Padding";

    public static final String CIPHER_ALGORITHM_CBC_WITH_NOPADDING = "SM4/CBC/NOPadding";

    public static final String CIPHER_ALGORITHM_ECB_WITH_NOPADDING = "SM4/ECB/NOPadding";

     /**
     * 默认密钥长度 只有126bit
     */
    private static final int DEFAULT_KEY_SIZE = 128;
   
    /**
     * 默认向量 要求16字节 
     */
    private static final byte[] DEFAULT_IV = HexUtil.decodeHex("设置默认向量 需要改动");

    static 
        if (Security.getProvider(BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME) == null) 
            Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
        
    
	/**
     * 创建密钥
     *
     *
     * @return base64格式的密钥
     * @throws Exception 创建密钥异常
     */
    public static String generateKey() throws Exception 
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM_NAME, BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);
        keyGenerator.init(DEFAULT_KEY_SIZE, new SecureRandom());
        return Base64.getEncoder().encodeToString(keyGenerator.generateKey().getEncoded());
    
    /**
     * 加密
     *
     * @param data 要加密的明文
     * @param padding 填充方式
     * @param iv 如果是cbc 则需要iv
     * @return 加密后的密文
     * @throws Exception 加密异常
     */
    public static String encrypt(String data,String key,String padding,String iv) throws Exception 
        return sm4(data, key, Cipher.ENCRYPT_MODE,padding,iv);
    

    /**
     * 解密
     *
     * @param data 要解密的密文
     * @param padding 填充方式
     * @param iv 如果是cbc 则需要iv
     * @return 解密后的明文
     * @throws Exception 解密异常
     */
    public static String decrypt(String data,String key,String padding,String iv) throws Exception 
        return sm4(data, key , Cipher.DECRYPT_MODE,padding,iv);
    

    /**
     * 加解密核心方法
     *
     * @param input 明文（加密模式）或密文（解密模式）
     * @param key   密钥
     * @param mode  1-加密 2-解密
     * @param padding 填充方式
     * @param iv 向量 如传则使用传的 不传则使用默认的
     * @return 密文（加密模式）或明文（解密模式）
     * @throws Exception 加解密异常
     */
    private static String sm4(String input,String key, int mode,String padding,String iv)
            throws Exception 
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(Base64.getDecoder().decode(key), ALGORITHM_NAME);
        Cipher cipher = Cipher
                .getInstance(padding, BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);
        if (StringUtils.containsIgnoreCase(padding,"CBC"))
            cipher.init(mode, secretKeySpec,new IvParameterSpec(StringUtils.isBlank(iv) ? DEFAULT_IV : Base64.getDecoder().decode(iv)));
        else 
            cipher.init(mode, secretKeySpec);
        
        return Base64.getEncoder().encodeToString(cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(input)));
    

	/**
     * 测试 判断最后是否输出true 
     */
	public static void main(String[] args) throws Exception 


        String s = generateKey();
        String padding = CIPHER_ALGORITHM_CBC_WITH_PKCS7PADDING;
        String data = "hello world!!";
        String iv = Base64.getEncoder().encodeToString("testivtestivtest".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        String encryptStr = encrypt(Base64.getEncoder().encodeToString(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)), s, padding, iv);
        String decryptStr = decrypt(encryptStr, s, padding, iv);
        System.out.println(data.equals(new String(Base64.getDecoder().decode(decryptStr))));
        
   
   

3.openssl验证

第二步已经在java中进行密钥生成、加密、解密操作，证明逻辑在java中没有问题，现在进行openssl和java对接
方式：使用同一把密钥，在openssl中加密、在java中解密 判断是否正确

# -sm4-ecb 指模式，和java中加密模式和填充对应，-e代表加密 -d代表解密 -K表示指定密钥
# 157307f646eb47c3b9c3bf9ef1a2090b为java中生成的密钥的16进制形式
openssl enc -in text.bin -sm4-ecb -e -K 157307f646eb47c3b9c3bf9ef1a2090b -out b.txt

已经在openssl中进行加密，现在在java中对密文b.txt进行解密

public static void main(String[] args) throws Exception 
    String de = Base64.getEncoder().encodeToString(Files.readAllBytes(new File("/b.txt").toPath()));
    System.out.println(de);
    String decryptStr = decrypt(de, key, padding, "");
    System.out.println(new String(Base64.getDecoder().decode(decryptStr)));

观察最后输出的明文是否和openssl加密前的内容一致，一致则没问题
以上是ECB模式的命令，CBC模式基本上一致，只是需要指定-iv

openssl enc -in text.bin -sm4-cbc -e -K 157307f646eb47c3b9c3bf9ef1a2090b -iv 71617a7773786564637266767467626e -p -nosalt  --out b.txt

总结

需要注意CBC模式下需要提供固定的iv，如果不提供，则每次使用的iv将会不一样，导致解密失败