使用openssl和java进行SM4密钥调试

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在openssl中和java进行SM4相关功能调试

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

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
    * */privatestaticfinalString ALGORITHM_NAME ="SM4";/**
    *  加密模式和填充
    * */publicstaticfinalString CIPHER_ALGORITHM_ECB_WITH_PKCS5PADDING ="SM4/ECB/PKCS5Padding";publicstaticfinalString CIPHER_ALGORITHM_CBC_WITH_PKCS5PADDING ="SM4/CBC/PKCS5Padding";publicstaticfinalString CIPHER_ALGORITHM_ECB_WITH_PKCS7PADDING ="SM4/ECB/PKCS7Padding";publicstaticfinalString CIPHER_ALGORITHM_CBC_WITH_PKCS7PADDING ="SM4/CBC/PKCS7Padding";publicstaticfinalString CIPHER_ALGORITHM_CBC_WITH_NOPADDING ="SM4/CBC/NOPadding";publicstaticfinalString CIPHER_ALGORITHM_ECB_WITH_NOPADDING ="SM4/ECB/NOPadding";/**
     * 默认密钥长度 只有126bit
     */privatestaticfinalint DEFAULT_KEY_SIZE =128;/**
     * 默认向量 要求16字节 
     */privatestaticfinalbyte[] DEFAULT_IV =HexUtil.decodeHex("设置默认向量 需要改动");static{if(Security.getProvider(BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME)==null){Security.addProvider(newBouncyCastleProvider());}}/**
     * 创建密钥
     *
     *
     * @return base64格式的密钥
     * @throws Exception 创建密钥异常
     */publicstaticStringgenerateKey()throwsException{KeyGenerator keyGenerator =KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM_NAME,BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);
        keyGenerator.init(DEFAULT_KEY_SIZE,newSecureRandom());returnBase64.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
     */publicstaticStringencrypt(String data,String key,String padding,String iv)throwsException{returnsm4(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
     */publicstaticStringdecrypt(String data,String key,String padding,String iv)throwsException{returnsm4(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
     */privatestaticStringsm4(String input,String key,int mode,String padding,String iv)throwsException{SecretKeySpec secretKeySpec =newSecretKeySpec(Base64.getDecoder().decode(key), ALGORITHM_NAME);Cipher cipher =Cipher.getInstance(padding,BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);if(StringUtils.containsIgnoreCase(padding,"CBC")){
            cipher.init(mode, secretKeySpec,newIvParameterSpec(StringUtils.isBlank(iv)? DEFAULT_IV :Base64.getDecoder().decode(iv)));}else{
            cipher.init(mode, secretKeySpec);}returnBase64.getEncoder().encodeToString(cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(input)));}/**
     * 测试 判断最后是否输出true 
     */publicstaticvoidmain(String[] args)throwsException{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(newString(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

publicstaticvoidmain(String[] args)throwsException{String de =Base64.getEncoder().encodeToString(Files.readAllBytes(newFile("/b.txt").toPath()));System.out.println(de);String decryptStr =decrypt(de, key, padding,"");System.out.println(newString(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