国密算法SM2/3/4简单比较，以及基于Java的SM4（ECB模式，CBC模式）对称加解密实现

国密算法是中国国家密码管理局推出的一系列加密算法，主要包括SM2、SM3和SM4。这些算法广泛应用于国内的信息安全领域，具有重要的实际意义。下面我们将对这三种算法做一个简单的比较，并给出基于Java的SM4对称加解密的实现示例。

一、SM2、SM3、SM4算法比较

1. SM2：
2. 类型：非对称加密算法
3. 功能：主要用于数字签名、key exchange和加密。
4. 适用场合：适合用于数据加密及用户身份认证，特别是在需要密钥协商的场景中表现优异。

5. 安全性：基于椭圆曲线密码学，安全性高，具有较小的密钥长度和较高的安全强度。

6. SM3：

7. 类型：哈希算法
8. 功能：生成固定长度的摘要值，用于验证数据完整性。
9. 适用场合：常用于数字签名、消息摘要、数据完整性验证等场合。

10. 安全性：与SHA-256等国际标准哈希算法相比，SM3同样提供高效的抗碰撞能力。

11. SM4：

12. 类型：对称加密算法
13. 功能：对称加密，用于数据加密。
14. 适用场合：多用于文件加密、数据传输加密等。
15. 安全性：SM4采用128位块长度和128位密钥长度，具有较高的安全性，且在国内广泛应用。

二、SM4的Java实现

接下来我们来看如何在Java中实现SM4算法的对称加解密，包括ECB模式和CBC模式。

1. SM4的依赖引入

在使用SM4之前，我们需要确认引入国密算法库，例如使用bouncy castle库来支持SM4算法。

<dependency>
    <groupId>org.bouncycastle</groupId>
    <artifactId>bcpkix-jdk15on</artifactId>
    <version>1.68</version> <!-- 确保使用最新版本 -->
</dependency>

2. SM4 ECB模式实现示例

import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.security.Security;

public class SM4EcbExample {
    static {
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
    }

    public static byte[] sm4EcbEncrypt(byte[] key, byte[] plainText) throws Exception {
        SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "SM4");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("SM4/ECB/PKCS5Padding", "BC");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);
        return cipher.doFinal(plainText);
    }

    public static byte[] sm4EcbDecrypt(byte[] key, byte[] cipherText) throws Exception {
        SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "SM4");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("SM4/ECB/PKCS5Padding", "BC");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);
        return cipher.doFinal(cipherText);
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        byte[] key = "1234567890abcdef".getBytes(); // 16字节密钥
        byte[] plainText = "Hello, SM4 ECB!".getBytes();

        byte[] encrypted = sm4EcbEncrypt(key, plainText);
        System.out.println("Cipher Text: " + bytesToHex(encrypted));

        byte[] decrypted = sm4EcbDecrypt(key, encrypted);
        System.out.println("Decrypted Text: " + new String(decrypted));
    }

    private static String bytesToHex(byte[] bytes) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (byte b : bytes) {
            sb.append(String.format("%02x", b));
        }
        return sb.toString();
    }
}

3. SM4 CBC模式实现示例

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class SM4CbcExample {
    private static final byte[] IV = "1234567890abcdef".getBytes(); // 16字节IV

    public static byte[] sm4CbcEncrypt(byte[] key, byte[] plainText) throws Exception {
        SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "SM4");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("SM4/CBC/PKCS5Padding", "BC");
        IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(IV);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, ivSpec);
        return cipher.doFinal(plainText);
    }

    public static byte[] sm4CbcDecrypt(byte[] key, byte[] cipherText) throws Exception {
        SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "SM4");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("SM4/CBC/PKCS5Padding", "BC");
        IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(IV);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, ivSpec);
        return cipher.doFinal(cipherText);
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        byte[] key = "1234567890abcdef".getBytes(); // 16字节密钥
        byte[] plainText = "Hello, SM4 CBC!".getBytes();

        byte[] encrypted = sm4CbcEncrypt(key, plainText);
        System.out.println("Cipher Text: " + bytesToHex(encrypted));

        byte[] decrypted = sm4CbcDecrypt(key, encrypted);
        System.out.println("Decrypted Text: " + new String(decrypted));
    }

    private static String bytesToHex(byte[] bytes) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (byte b : bytes) {
            sb.append(String.format("%02x", b));
        }
        return sb.toString();
    }
}

结论

通过比较SM2、SM3和SM4，我们可以看到，它们各自有不同的应用场景和优势。在实际应用中，往往结合使用这些算法以提高系统的整体安全性。而以上展示的SM4在Java中的实现，体现了其在数据加密领域的快速性与方便性。希望本文对你理解国密算法及其实现有所帮助！