超级好用的C++实用库之国密sm4算法

简介: 超级好用的C++实用库之国密sm4算法

概述

国密SM4算法,全称为国家密码管理局制定的SM4分组密码算法,是中国自主设计的商用密码算法标准之一,用于数据的对称加密。由于其国产化属性和安全性,SM4广泛应用于中国国内的金融、电子政务、网络安全、通信等多个领域。在国密HTTPS协议中,SM4用于数据的加密传输,确保网络通信的安全。除此之外,它还应用于无线互联网加密、智能卡、加密芯片、以及各种需要高强度数据保护的场景。

CHP_Sm4

作为一种对称加密算法,国密SM4算法支持多种工作模式以适应不同的安全需求。其中,ECB(Electronic Codebook)和CBC(Cipher Block Chaining)是最常见的两种工作模式。

在ECB模式下,每个数据块独立地进行加密。同一个密钥下,相同明文块会被加密成相同的密文块。这也就意味着,模式不提供任何内在的数据关联性,安全性较低,容易受到重放攻击和模式识别攻击。但是,ECB模式的简单性使其在处理并行数据时速度快,易于实现。由于ECB模式的弱点,它通常不建议用于需要高度安全性的场合。但在某些特定场景下,比如加密小块的随机数据,或每次加密的数据块互不相关时,ECB模式仍可能被使用。

CBC模式通过引入一个初始化向量(Initialization Vector)和前一块的密文来影响当前块的加密过程,从而增强了安全性。每个明文块在加密前需与前一块的密文进行异或(XOR)操作,这使得相同的明文块在不同上下文中会产生不同的密文,有效抵抗模式识别和重放攻击。CBC模式要求加密数据的顺序性,解密时也需要按同样的顺序进行。CBC模式因其较好的安全性,广泛应用于需要高安全等级的通信场景,比如:网络数据传输、文件加密等。它能有效隐藏明文模式,提供较好的数据保密性和完整性保护。

为了对国密SM4算法在ECB模式、CBC模式下的加解密进行封装,方便其他模块使用,我们编写了CHP_Sm4类。每个加密或解密的接口,都有两种重载形式:一种是原地加解密,会改变原始数据,但节省内存空间;另一种需要额外的内存空间,用于存储加解密后的数据。CHP_Sm4类的头文件,可参考下面的示例代码。

#pragma once

class CHP_Sm4
{
public:
        CHP_Sm4();
        ~CHP_Sm4();

        int SetEncryptKey(unsigned char pucKey[16]);
        
        int EncryptEcb(unsigned char *pucData, int nDataLen);

        int EncryptEcb(unsigned char *pucInput, int nInputLen, unsigned char *pucOutput);

        int EncryptCbc(unsigned char *pucData, int nDataLen, unsigned char pucIV[16]);

        int EncryptCbc(unsigned char *pucInput, int nInputLen, unsigned char pucIV[16],
                unsigned char *pucOutput);

        int SetDecryptKey(unsigned char pucKey[16]);

        int DecryptEcb(unsigned char *pucData, int nDataLen);

        int DecryptEcb(unsigned char *pucInput, int nInputLen, unsigned char *pucOutput);

        int DecryptCbc(unsigned char *pucData, int nDataLen, unsigned char pucIV[16]);

        int DecryptCbc(unsigned char *pucInput, int nInputLen, unsigned char pucIV[16],
                unsigned char *pucOutput);

private:
        static unsigned char Sbox(unsigned char ucIndex);
        static unsigned int CalcLt(unsigned int uiKa);
        static unsigned int CalcF(unsigned int uiX0, unsigned int uiX1, unsigned int uiX2, unsigned int uiX3, unsigned int uiRk);
        static unsigned int CalciRK(unsigned int uiKa);
        static void SetKey(unsigned int puiSK[32], unsigned char pucKey[16]);
        static void ProcessOneRound(unsigned int puiSK[32], unsigned char pucInput[16], unsigned char pucOutput[16]);

private:
        enum ISm4CryptMode { SM4_CRYPTE_MODE_ENCRYPT, SM4_CRYPTE_MODE_DECRYPT };

        typedef struct _TSm4ContextInfo
        {
                ISm4CryptMode mode;
                unsigned int puiSK[32];
        }TSm4ContextInfo;

        TSm4ContextInfo m_ctx;
};

下面,我们逐个介绍CHP_Sm4类导出的公共接口。

SetEncryptKey:设置加密密钥。参数pucKey为加密密钥,16个字节。返回值为0表示成功,其他为错误码。

EncryptEcb:Ecb模式就地加密数据,函数返回后,pucData为加密过的数据。参数pucData为要加密的数据,参数nDataLen为要加密的数据的长度。返回值为0表示成功,其他为错误码。

EncryptEcb:Ecb模式加密数据。pucData为加密过的数据。参数pucData为要加密的数据,参数nDataLen为要加密的数据的长度,参数pucOutput为加密后的数据,用于传出。返回值为0表示成功,其他为错误码。

EncryptCbc:Cbc模式就地加密数据,函数返回后,pucData为加密过的数据。参数pucData为要加密的数据,参数nDataLen为要加密的数据的长度,参数pucIV为加密向量。返回值为0表示成功,其他为错误码。

EncryptCbc:Cbc模式加密数据。参数pucData为要加密的数据,参数nDataLen为要加密的数据的长度,参数pucIV为加密向量,参数pucOutput为加密后的数据,用于传出。返回值为0表示成功,其他为错误码。

SetDecryptKey:设置解密密钥。参数pucKey为解密密钥,16个字节。返回值为0表示成功,其他为错误码。

DecryptEcb:Ecb模式就地解密数据,函数返回后,pucData为解密过的数据。参数pucData为要解密的数据,参数nDataLen为要解密的数据的长度。返回值为0表示成功,其他为错误码。

DecryptEcb:Ecb模式解密数据。参数pucData为要解密的数据,参数nDataLen为要解密的数据的长度,参数pucOutput为加密后的数据,用于传出。返回值为0表示成功,其他为错误码。

DecryptCbc:Cbc模式就地解密数据,函数返回后,pucData为解密过的数据。参数pucData为要解密的数据,参数nDataLen为要解密的数据的长度,参数pucIV为解密向量。返回值为0表示成功,其他为错误码。

DecryptCbc:Cbc模式解密数据。参数pucInput为要解密的数据,参数nInputLen为要解密的数据的长度,参数pucIV为解密向量,参数pucOutput为解密后的数据。返回值为0表示成功,其他为错误码。


总结

国密SM4算法作为中国自主知识产权的密码技术,旨在提高国家信息安全水平,减少对外部密码技术的依赖,并且在保障信息安全的同时,促进了国产密码技术的发展和应用。SM4属于对称加密算法,与之并列的还有非对称加密算法SM2、哈希函数SM3等,它们共同构成了中国商用密码体系的重要组成部分。


相关文章
|
15天前
|
并行计算 C++ Windows
|
5月前
|
存储 监控 算法
基于 C++ 哈希表算法实现局域网监控电脑屏幕的数据加速机制研究
企业网络安全与办公管理需求日益复杂的学术语境下,局域网监控电脑屏幕作为保障信息安全、规范员工操作的重要手段,已然成为网络安全领域的关键研究对象。其作用类似网络空间中的 “电子眼”,实时捕获每台电脑屏幕上的操作动态。然而,面对海量监控数据,实现高效数据存储与快速检索,已成为提升监控系统性能的核心挑战。本文聚焦于 C++ 语言中的哈希表算法,深入探究其如何成为局域网监控电脑屏幕数据处理的 “加速引擎”,并通过详尽的代码示例,展现其强大功能与应用价值。
110 2
|
6月前
|
存储 算法 C++
Windows共享文件:探秘C++实现的B树索引算法奇境
在数字化时代,Windows共享文件的高效管理至关重要。B树算法以其自平衡多路搜索特性,在文件索引与存储优化中表现出色。本文探讨B树在Windows共享文件中的应用,通过C++实现具体代码,展示其构建文件索引、优化数据存储的能力,提升文件检索效率。B树通过减少磁盘I/O操作,确保查询高效,为企业和个人提供流畅的文件共享体验。
|
7月前
|
存储 负载均衡 算法
基于 C++ 语言的迪杰斯特拉算法在局域网计算机管理中的应用剖析
在局域网计算机管理中,迪杰斯特拉算法用于优化网络路径、分配资源和定位故障节点,确保高效稳定的网络环境。该算法通过计算最短路径,提升数据传输速率与稳定性,实现负载均衡并快速排除故障。C++代码示例展示了其在网络模拟中的应用,为企业信息化建设提供有力支持。
181 15
|
7月前
|
运维 监控 算法
解读 C++ 助力的局域网监控电脑网络连接算法
本文探讨了使用C++语言实现局域网监控电脑中网络连接监控的算法。通过将局域网的拓扑结构建模为图(Graph)数据结构,每台电脑作为顶点,网络连接作为边,可高效管理与监控动态变化的网络连接。文章展示了基于深度优先搜索(DFS)的连通性检测算法,用于判断两节点间是否存在路径,助力故障排查与流量优化。C++的高效性能结合图算法,为保障网络秩序与信息安全提供了坚实基础,未来可进一步优化以应对无线网络等新挑战。
|
7月前
|
存储 算法 数据处理
公司局域网管理中的哈希表查找优化 C++ 算法探究
在数字化办公环境中,公司局域网管理至关重要。哈希表作为一种高效的数据结构,通过哈希函数将关键值(如IP地址、账号)映射到数组索引,实现快速的插入、删除与查找操作。例如,在员工登录验证和设备信息管理中,哈希表能显著提升效率,避免传统线性查找的低效问题。本文以C++为例,展示了哈希表在局域网管理中的具体应用,包括设备MAC地址与IP分配的存储与查询,并探讨了优化哈希函数和扩容策略,确保网络管理高效准确。
|
3月前
|
存储 监控 算法
基于跳表数据结构的企业局域网监控异常连接实时检测 C++ 算法研究
跳表(Skip List)是一种基于概率的数据结构,适用于企业局域网监控中海量连接记录的高效处理。其通过多层索引机制实现快速查找、插入和删除操作,时间复杂度为 $O(\log n)$,优于链表和平衡树。跳表在异常连接识别、黑名单管理和历史记录溯源等场景中表现出色,具备实现简单、支持范围查询等优势,是企业网络监控中动态数据管理的理想选择。
84 0
|
4月前
|
存储 机器学习/深度学习 算法
基于 C++ 的局域网访问控制列表(ACL)实现及局域网限制上网软件算法研究
本文探讨局域网限制上网软件中访问控制列表(ACL)的应用,分析其通过规则匹配管理网络资源访问的核心机制。基于C++实现ACL算法原型,展示其灵活性与安全性。文中强调ACL在企业与教育场景下的重要作用,并提出性能优化及结合机器学习等未来研究方向。
100 4
|
5月前
|
监控 算法 数据处理
基于 C++ 的 KD 树算法在监控局域网屏幕中的理论剖析与工程实践研究
本文探讨了KD树在局域网屏幕监控中的应用,通过C++实现其构建与查询功能,显著提升多维数据处理效率。KD树作为一种二叉空间划分结构,适用于屏幕图像特征匹配、异常画面检测及数据压缩传输优化等场景。相比传统方法,基于KD树的方案检索效率提升2-3个数量级,但高维数据退化和动态更新等问题仍需进一步研究。未来可通过融合其他数据结构、引入深度学习及开发增量式更新算法等方式优化性能。
145 17
|
4月前
|
机器学习/深度学习 存储 算法
基于 C++ 布隆过滤器算法的局域网上网行为控制:URL 访问过滤的高效实现研究
本文探讨了一种基于布隆过滤器的局域网上网行为控制方法,旨在解决传统黑白名单机制在处理海量URL数据时存储与查询效率低的问题。通过C++实现URL访问过滤功能,实验表明该方法可将内存占用降至传统方案的八分之一,查询速度提升约40%,假阳性率可控。研究为优化企业网络管理提供了新思路,并提出结合机器学习、改进哈希函数及分布式协同等未来优化方向。
91 0

热门文章

最新文章