基于Java的SM4（ECB模式，CBC模式）对称加解密实现

SM4是一种对称加密算法，广泛应用于中国的信息安全标准中。作为SM系列算法中的一种，SM4具有效率高、安全性强的特点。它采用128位的密钥和128位的分组长度，支持ECB（电子密码本）和CBC（密码块链）两种工作模式。本文将介绍如何基于Java实现SM4的ECB和CBC模式的对称加密及解密。

SM4算法的基本概念

ECB模式：每个明文分组独立地加密成密文分组，适用于对称分组加密，但安全性相对较低，因为同样的明文块会被加密成相同的密文块。

CBC模式：每个明文块在加密前与前一个密文块进行异或运算，提高了安全性，但需要一个初始向量IV。

Java实现SM4算法

我们可以使用开源库来实现SM4加解密，如Bouncy Castle。下面是一个简单的示例，展现如何在Java中实现SM4的ECB模式和CBC模式。

Maven依赖

首先，确保在你的pom.xml中添加Bouncy Castle依赖：

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

SM4加解密工具类

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

public class SM4Utils {
    static {
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
    }

    private static final String SM4_ECB = "SM4/ECB/PKCS7Padding"; // ECB模式
    private static final String SM4_CBC = "SM4/CBC/PKCS7Padding"; // CBC模式

    // SM4加密
    public static byte[] encrypt(byte[] key, byte[] data, boolean isCBC) throws Exception {
        SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "SM4");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(isCBC ? SM4_CBC : SM4_ECB);
        if (isCBC) {
            byte[] iv = new byte[16]; // CBC使用初始向量IV
            IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(iv);
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, ivSpec);
        } else {
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);
        }
        return cipher.doFinal(data);
    }

    // SM4解密
    public static byte[] decrypt(byte[] key, byte[] data, boolean isCBC) throws Exception {
        SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "SM4");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(isCBC ? SM4_CBC : SM4_ECB);
        if (isCBC) {
            byte[] iv = new byte[16]; // CBC需要IV
            IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(iv);
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, ivSpec);
        } else {
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);
        }
        return cipher.doFinal(data);
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        byte[] key = "1234567890abcdef".getBytes(); // 128位密钥
        byte[] data = "Hello SM4!".getBytes(); // 明文

        // ECB模式加密
        byte[] encryptedECB = encrypt(key, data, false);
        System.out.println("ECB模式加密结果: " + Arrays.toString(encryptedECB));

        // ECB模式解密
        byte[] decryptedECB = decrypt(key, encryptedECB, false);
        System.out.println("ECB模式解密结果: " + new String(decryptedECB));

        // CBC模式加密
        byte[] encryptedCBC = encrypt(key, data, true);
        System.out.println("CBC模式加密结果: " + Arrays.toString(encryptedCBC));

        // CBC模式解密
        byte[] decryptedCBC = decrypt(key, encryptedCBC, true);
        System.out.println("CBC模式解密结果: " + new String(decryptedCBC));
    }
}

运行示例

在上述代码中，我们首先定义了一个包含SM4加解密方法的工具类SM4Utils。我们通过encrypt和decrypt方法分别实现了ECB和CBC模式的加解密。 main方法中展示了如何使用这些方法进行加密和解密。

结论

通过简单的代码示例，本文展示了如何在Java中使用Bouncy Castle库实现SM4算法的ECB和CBC模式的对称加解密。SM4作为中国的国家密码标准，具有重要的应用价值和安全意义。在实际应用中，建议根据具体需求选择加密模式，并确保密钥和初始向量的安全管理。