什么是SM4分组密码算法？SM4算法有哪些特点？

1．概述

随着密码标准的制定活动在国际上热烈开展，我国对密码算法的设计与分析也越来越关注，因此国家密码管理局公布了国密算法SM4。SM4算法（全称为SM4分组密码算法），是国家密码管理局2012年3月发布的第23号公告中公布的密码行业标准。该算法适用于无线局域网的安全领域，优点是软件和硬件实现容易，运算速度快。

SM4分组密码算法是一个迭代分组密码算法，由加解密算法和密钥扩展算法组成。SM4分组密码算法采用非平衡Feistel结构，明文分组长度为128bit，密钥长度为128bit。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。

与DES类似，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。这里解释一下分组长度和密钥长度。分组长度（block length）是一个信息分组的比特位数，密钥长度是密钥的比特位数。可以看出，这2个长度都是比特位数，说16字节也可以。如果看到分组长度是128，没有带单位，那么应该知道默认是比特。

SM4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。

SM4分组密码算法在使用上表现出了安全高效的特点，与其他分组密码相比较有以下优势。

（1）算法资源利用率高，表现为在密钥扩展算法与加密算法上可共用。

（2）加密算法流程和解密算法流程一样，只是轮密钥顺序相反，因此无论是软件实现还是硬件实现都非常方便。

（3）算法中包含异或运算、数据的输入输出、线性置换等模块，这些模块都是按8位来进行运算的，现有的处理器完全能处理。

SM4分组密码算法主要包括加密算法、解密算法以及密钥的扩展算法三部分。其基本算法结构如图3-15所示。

可见，其最初输入的128位密钥还要进行密钥扩展，变成轮密钥后才能用于算法（轮函数）。

2．密钥及密钥参量

SM4算法中的加密密钥和解密密钥长度相同，一般定为128bit，即16字节，在算法中表示为MK=(MK ₀ , MK ₁ , MK ₂ , MK ₃ )。其中，MK _i (i=0, 1, 2, 3)为32bit。算法中的轮密钥是由加密算法的密钥生成的，主要表示为(rk ₀ , rk ₁ , …, rk ₃₁ )。其中，rk _i (i=0, 1, …, 31)为32bit。

FK=(FK ₁ , FK ₂ , FK ₃ , FK ₄ )为系统参数，CK=(CK ₀ , CK ₁ , …, CK ₃₁ )为固定参数，这两个参数主要在密钥扩展算法中使用。其中，FK _i (i=0, 1, …, 31)、CK _i (i=0, 1, …, 31)均为32bit，也就是说一个FK _i 和一个CK _i 都是4个字节。