国密算法 SM4 加解密 java 工具类

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一. 前言

我国国家密码管理局陆续发布了一系列国产加密算法，这其中就包括 SM1、SM2、SM3 、SM4、SM7、SM9、ZUC（祖冲之加密算法）等，SM 代表商密，即商业密码，是指用于商业的、不涉及国家秘密的密码技术。SM1 和 SM7 的算法不公开，其余算法都已成为 ISO/IEC 国际标准。

在这些国产加密算法中，SM2、SM3、SM4 三种加密算法是比较常见的。

对称算法 SM4 支持加解密，可替代 AES 等算法使用

二. 工具类

首选引入依赖，支持 java8

<dependency>
    <groupId>org.bouncycastle</groupId>
    <artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId>
    <version>1.56</version>
</dependency>

/**
 * @Author zhoumengjun
 * @Description sm4加密算法工具类
 * @Date 2023/7/12 10:47
 */
public class SM4Util {

    static {
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
    }

    private static final String ENCODING = "UTF-8";
    public static final String ALGORITHM_NAME = "SM4";
    // 加密算法/分组加密模式/分组填充方式
    // PKCS5Padding-以8个字节为一组进行分组加密
    // 定义分组加密模式使用：PKCS5Padding
    public static final String ALGORITHM_NAME_ECB_PADDING = "SM4/ECB/PKCS5Padding";
    // 128-32位16进制；256-64位16进制
    public static final int DEFAULT_KEY_SIZE = 128;

    /**
     * 生成ECB暗号
     *
     * @param algorithmName 算法名称
     * @param mode          模式
     * @param key
     * @return
     * @throws Exception
     * @explain ECB模式（电子密码本模式：Electronic codebook）
     */
    private static Cipher generateEcbCipher(String algorithmName, int mode, byte[] key) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithmName, BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);
        Key sm4Key = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM_NAME);
        cipher.init(mode, sm4Key);
        return cipher;
    }

    /**
     * 自动生成密钥
     *
     * @return
     * @throws NoSuchAlgorithmException
     * @throws NoSuchProviderException
     * @explain
     */
    public static String generateKey() throws Exception {
        return new String(Hex.encode(generateKey(DEFAULT_KEY_SIZE)));
    }

    /**
     * @param keySize
     * @return
     * @throws Exception
     * @explain
     */
    public static byte[] generateKey(int keySize) throws Exception {
        KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM_NAME, BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);
        kg.init(keySize, new SecureRandom());
        return kg.generateKey().getEncoded();
    }

    /**
     * sm4加密
     *
     * @param hexKey   16进制密钥（忽略大小写）
     * @param paramStr 待加密字符串
     * @return 返回16进制的加密字符串
     * @throws Exception
     * @explain 加密模式：ECB
     * 密文长度不固定，会随着被加密字符串长度的变化而变化
     */
    public static String encryptEcb(String hexKey, String paramStr) throws Exception {
        String cipherText = "";
        // 16进制字符串-->byte[]
        byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(hexKey);
        // String-->byte[]
        byte[] srcData = paramStr.getBytes(ENCODING);
        // 加密后的数组
        byte[] cipherArray = encrypt_Ecb_Padding(keyData, srcData);
        // byte[]-->hexString
        cipherText = ByteUtils.toHexString(cipherArray);
        return cipherText;
    }

    /**
     * 加密模式之Ecb
     *
     * @param key
     * @param data
     * @return
     * @throws Exception
     * @explain
     */
    public static byte[] encrypt_Ecb_Padding(byte[] key, byte[] data) throws Exception {
        Cipher cipher = generateEcbCipher(ALGORITHM_NAME_ECB_PADDING, Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
        return cipher.doFinal(data);
    }

    /**
     * sm4解密
     *
     * @param hexKey     16进制密钥
     * @param cipherText 16进制的加密字符串（忽略大小写）
     * @return 解密后的字符串
     * @throws Exception
     * @explain 解密模式：采用ECB
     */
    public static String decryptEcb(String hexKey, String cipherText) throws Exception {
        // 用于接收解密后的字符串
        String decryptStr = "";
        // hexString-->byte[]
        byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(hexKey);
        // hexString-->byte[]
        byte[] cipherData = ByteUtils.fromHexString(cipherText);
        // 解密
        byte[] srcData = decrypt_Ecb_Padding(keyData, cipherData);
        // byte[]-->String
        decryptStr = new String(srcData, ENCODING);
        return decryptStr;
    }

    /**
     * 解密
     *
     * @param key
     * @param cipherText
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] decrypt_Ecb_Padding(byte[] key, byte[] cipherText) throws Exception {
        Cipher cipher = generateEcbCipher(ALGORITHM_NAME_ECB_PADDING, Cipher.DECRYPT_MODE, key);
        return cipher.doFinal(cipherText);
    }

    /**
     * 校验加密前后的字符串是否为同一数据
     *
     * @param hexKey     16进制密钥（忽略大小写）
     * @param cipherText 16进制加密后的字符串
     * @param paramStr   加密前的字符串
     * @return 是否为同一数据
     * @throws Exception
     */
    public static boolean verifyEcb(String hexKey, String cipherText, String paramStr) throws Exception {
        // 用于接收校验结果
        boolean flag = false;
        // hexString-->byte[]
        byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(hexKey);
        // 将16进制字符串转换成数组
        byte[] cipherData = ByteUtils.fromHexString(cipherText);
        // 解密
        byte[] decryptData = decrypt_Ecb_Padding(keyData, cipherData);
        // 将原字符串转换成byte[]
        byte[] srcData = paramStr.getBytes(ENCODING);
        // 判断2个数组是否一致
        flag = Arrays.equals(decryptData, srcData);
        return flag;
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            String data = "2023-07-12,下午三点";
            //生成key
            String key = generateKey();
            System.out.println("key:" + key);
            //加密
            String cipher = SM4Util.encryptEcb(key, data);
            System.out.println("加密后："+cipher);
            //判断是否正确
            System.out.println(SM4Util.verifyEcb(key, cipher, data));// true
            //解密
            String res = SM4Util.decryptEcb(key, cipher);
            System.out.println("解密后："+res);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}