python实现sm3加密算法

sm3加密算法（即：sm3密码杂凑算法）是由国家密码管理局发布的，目前金融相关公司中对信息进行不可逆加密时，普遍采用该算法。

该算法主要经过以下几个步骤（摘自参考1）：

1）消息填充：

假设消息m 的长度为l 比特。首先将比特“1”添加到消息的末尾，再添加k 个“0”，k是满足l + 1 + k ≡ 448mod512 的最小的非负整数。然后再添加一个64位比特串，该比特串是长度l的二进制表示。填充后的消息m'的比特长度为512的倍数。

2）消息分组

将填充后的消息m' 按照512比特进行分组 $m' = B^1B^2...B^{n-1}$

其中 $n=(l+k+65)/512$

3）消息扩展

将消息分组B(i)按以下方法扩展生成132个字 $W_0,W_1,...,W_{67}, W'_0,W'_1,...,W'_{63}$ ，用于压缩函数CF。详细方法请参考官方文档

4）压缩函数CF

详细方法请参考官方文档

5）迭代压缩

将分组后的消息m'按下列方式迭代：

FOR i=0 TO n-1

$V^{i+1} = CF(V^i, B^i)$

END FOR

其中CF是压缩函数， $V^0$ 为256比特初始值IV， $B^i$ 为填充后的消息分组，迭代压缩的结果为 $V^n$

（官方文档一定要看，看完后对该算法就有个比较清晰的认识了）

完整代码如下：

# -*- coding:utf-8 -*-"""
:author: liyebei
:date: 2022-08-06
:description: SM3加密算法。 适用于python2.7+, python3.5+(用python3时暂不支持对中文的加密)
"""# 初始值
iv = 0x7380166f4914b2b9172442d7da8a0600a96f30bc163138aae38dee4db0fb0e4e
MAX = 2 ** 32def str2bin(msg):"""字符串转比特串:param msg: 字符串:return: 转换之后的比特串"""l = len(msg)s_dec = 0for m in msg:s_dec = s_dec << 8s_dec += ord(m)msg_bin = bin(s_dec)[2:].zfill(l * 8)return msg_bindef int2bin(a, k):"""将整数转化为比特串:param a: 待转化的整数:param k: 比特串的长度:return: 转化后长度为k的比特串"""return bin(a)[2:].zfill(k)def int2hex(a, k):"""整数转化为16进制的字符串，前补0补齐k位数:param a: 整数:param k: 补齐后的字符串长度:return: 转化后的16进制形式字符串"""return hex(a)[2:].zfill(k)def bin2hex(a, k):"""比特串转化为16进制的字符串，前补0补齐k位数:param a: 待转化的比特串:param k: 补齐后的字符串长度:return: 长度为k的16进制字符串"""#return hex(int(a, 2))[2:].zfill(k)#对于python2需去除长整型引入的字符Lreturn hex(int(a, 2))[2:].replace('L', '').zfill(k)def msg_fill(msg_bin):"""对消息进行填充。填充后的消息满足:(l+1+k) mod 512 = 448 k取最小值:param msg_bin: 比特串形式的消息:return: 填充后的消息（比特串形式）"""l = len(msg_bin)k = 448 - (l + 1) % 512if k < 0:k += 512l_bin = int2bin(l, 64)msg_filled = msg_bin + '1' + '0' * k + l_binreturn msg_filleddef iteration_func(msg):"""迭代压缩:param msg: 填充后的比特串消息:return: 迭代压缩后的消息，长度为64的字符串"""# 将填充后的消息按512比特进行分组n = len(msg) // 512b = []for i in range(n):b.append(msg[512 * i:512 * (i + 1)])# 对消息进行迭代压缩v = [int2bin(iv, 256)]for i in range(n):v.append(cf(v[i], b[i]))return bin2hex(v[n], 64)def msg_extension(bi):"""消息扩展, 将消息分组bi扩展生成132个字W0, W1, · · · , W67, W0', W1', · · · , W63'，用于压缩函数CF:param bi: 填充后的消息分组,长度为512的比特串:return: w, w1 扩展后的消息，w为68字的list, w1为64字的list。字以整数存储"""# 将消息分组Bi划分为16个字W0, W1, · · · , W15w = []for j in range(16):w.append(int(bi[j * 32:(j + 1) * 32], 2))for j in range(16, 68):w_j = p1(w[j - 16] ^ w[j - 9] ^ rotate_left(w[j - 3], 15)) ^ rotate_left(w[j - 13], 7) ^ w[j - 6]w.append(w_j)w1 = []for j in range(64):w1.append(w[j] ^ w[j + 4])return w, w1def cf(vi, bi):"""压缩函数:param vi: 比特串（256位):param bi: 填充后的消息分组（512位比特串）:return: 压缩后的比特串（256位)"""# 对bi进行消息扩展w, w1 = msg_extension(bi)# 将vi拆分为 a~h 8个字t = []for i in range(8):t.append(int(vi[i * 32:(i + 1) * 32], 2))a, b, c, d, e, f, g, h = tfor j in range(64):ss1 = rotate_left((rotate_left(a, 12) + e + rotate_left(t_j(j), j)) % MAX, 7)ss2 = ss1 ^ rotate_left(a, 12)tt1 = (ff(a, b, c, j) + d + ss2 + w1[j]) % MAXtt2 = (gg(e, f, g, j) + h + ss1 + w[j]) % MAXd = cc = rotate_left(b, 9)b = aa = tt1h = gg = rotate_left(f, 19)f = ee = p0(tt2)vi_1 = int2bin(a, 32) + int2bin(b, 32) + int2bin(c, 32) + int2bin(d, 32) \+ int2bin(e, 32) + int2bin(f, 32) + int2bin(g, 32) + int2bin(h, 32)vi_1 = int(vi_1, 2) ^ int(vi, 2)return int2bin(vi_1, 256)def rotate_left(a, k):"""（字）循环左移k比特运算:param a: 待按位左移的比特串:param k: 左移位数:return:"""k = k % 32return ((a << k) & 0xFFFFFFFF) | ((a & 0xFFFFFFFF) >> (32 - k))def p0(x):"""置换函数P0:param x: 待置换的消息（字）:return: 置换后的消息（字）"""return x ^ rotate_left(x, 9) ^ rotate_left(x, 17)def p1(x):"""置换函数P1:param x: 待置换的消息（字）:return: 置换后的消息（字）"""return x ^ rotate_left(x, 15) ^ rotate_left(x, 23)def t_j(j):"""常量"""if j <= 15:return 0x79cc4519else:return 0x7a879d8adef ff(x, y, z, j):"""布尔函数ff"""if j <= 15:return x ^ y ^ zelse:return (x & y) | (x & z) | (y & z)def gg(x, y, z, j):"""布尔函数gg"""if j <= 15:return x ^ y ^ zelse:return (x & y) | ((x ^ 0xFFFFFFFF) & z)def sm3(msg):"""sm3加密主函数:param msg: 待加密的字符串:return: sm3加密后的字符串"""# 字符串转化为比特串s_bin = str2bin(msg)# 对消息进行填充s_fill = msg_fill(s_bin)# 对填充后的消息进行迭代压缩s_sm3 = iteration_func(s_fill)# 对于python2需要删除因长整型而引入的末尾的L字符，python3不存在该问题return s_sm3.upper().replace("L", "")if __name__ == "__main__":s1 = 'abc's1_sm3 = sm3(s1)print("{} ==> {}".format(s1, s1_sm3))s2 = 'hello's2_sm3 = sm3(s2)print("{} ==> {}".format(s2, s2_sm3))

代码执行结果：

abc ==> 66C7F0F462EEEDD9D1F2D46BDC10E4E24167C4875CF2F7A2297DA02B8F4BA8E0
hello ==> BECBBFAAE6548B8BF0CFCAD5A27183CD1BE6093B1CCECCC303D9C61D0A645268

参考1：国家密码管理局发布的《SM3密码杂凑算法》

注：20220820修改bin2hex函数，去除python2的长整型引入的字符“L”

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