国产SM4数据加密和解密

1、算法定义：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。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。
2、
基本运算     
       ⊕  异或

      ＜＜＜i  循环左移i位

     
3.算法实现

即首先执行32次轮函数迭代运算，然后在对最后一轮数据反序变换并得到密文输出

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.security.*;
import java.util.Arrays;

/**
 * packageName com.utils
 *
 * @author 
 * @version JDK 8
 * @className Sm4Util
 * @date 2024/5/8 0008
 * @description 国产SM4数据加密和解密
 */
@Slf4j
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_PADDING5 = "SM4/ECB/PKCS5Padding";
    public static final String ALGORITHM_NAME_ECB_PADDING7 = "SM4/ECB/PKCS7Padding";
    // 64-16位16进制；128-32位16进制；256-64位16进制
    public static final int DEFAULT_KEY_SIZE = 128;
    //16进制密钥（忽略大小写）
    private static String hexKey = "86C63180C2806ED1";

    /**
     * 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;
    }

    // 产生密钥

    /**
     * 自动生成密钥
     *
     * @return
     * @throws NoSuchAlgorithmException
     * @throws NoSuchProviderException
     * @explain
     */
    public static byte[] generateKey() throws Exception {
        return 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）--可以自定义key
     * @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) {
        String cipherText = "";
        try {
            // 16进制字符串-->byte[]
            //byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(hexKey);
            byte[] keyData = hexKey.getBytes(ENCODING);
            // 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);
            cipherText = Base64.encodeBase64String(cipherArray);
            log.info("SM4加密成功:{}",cipherText);
        } catch (Exception e) {
            log.error("sm4加密失败:"+e.getMessage());
        }
        return cipherText;
    }

    /**
     * sm4加密-不用传key
     * @param paramStr 待加密字符串
     * @return 返回16进制的加密字符串
     * 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 paramStr) {
        String cipherText = "";
        try {
            // 16进制字符串-->byte[]
            //byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(hexKey);
            byte[] keyData = hexKey.getBytes(ENCODING);
            // 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);
            cipherText = Base64.encodeBase64String(cipherArray);
            log.info("SM4加密成功:{}",cipherText);
        } catch (Exception e) {
            log.error("sm4加密失败:"+e.getMessage());
        }
        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_PADDING7, Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
        return cipher.doFinal(data);
    }

    /**
     * sm4解密
     *
     * @param hexKey     16进制密钥-可以自定义key
     * @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) {
        try {
            // 用于接收解密后的字符串
            String decryptStr = "";
            // hexString-->byte[]
            //byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(hexKey);
            byte[]  keyData = hexKey.getBytes(ENCODING);
            // hexString-->byte[]
            //byte[] cipherData = ByteUtils.fromHexString(cipherText);
            byte[] cipherData =Base64.decodeBase64(cipherText);
            // 解密
            byte[] srcData = decrypt_Ecb_Padding(keyData, cipherData);
            // byte[]-->String
            decryptStr = new String(srcData, ENCODING);
            log.info("SM4数据解密成功：{}",decryptStr);
            return decryptStr;
        } catch (Exception e) {
            log.error("SM4数据解密失败",e.getMessage());
        }
        return null;
    }

    /**
     * sm4解密--不用传key,默认key
     * @param cipherText 16进制的加密字符串（忽略大小写）
     * @return 解密后的字符串
     * @explain 解密模式：采用ECB
     */
    public static String decryptEcb(String cipherText) {
        try {
            // 用于接收解密后的字符串
            String decryptStr = "";
            // hexString-->byte[]
            //byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(hexKey);
            byte[]  keyData = hexKey.getBytes(ENCODING);
            // hexString-->byte[]
            //byte[] cipherData = ByteUtils.fromHexString(cipherText);
            byte[] cipherData =Base64.decodeBase64(cipherText);
            // 解密
            byte[] srcData = decrypt_Ecb_Padding(keyData, cipherData);
            // byte[]-->String
            decryptStr = new String(srcData, ENCODING);
            log.info("SM4数据解密成功：{}",decryptStr);
            return decryptStr;
        } catch (Exception e) {
            log.error("SM4数据解密失败",e.getMessage());
        }
        return null;
    }

    /**
     * 解密
     *
     * @param key
     * @param cipherText
     * @return
     * @throws Exception
     * @explain
     */
    public static byte[] decrypt_Ecb_Padding(byte[] key, byte[] cipherText) throws Exception {
        Cipher cipher = generateEcbCipher(ALGORITHM_NAME_ECB_PADDING7, 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
     * @explain
     */
    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);
        byte[] keyData = hexKey.getBytes(ENCODING);
        // 将16进制字符串转换成数组
        //byte[] cipherData = ByteUtils.fromHexString(cipherText);
        byte[] cipherData = Base64.decodeBase64(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;
    }

    /**
     * 校验加密前后的字符串是否为同一数据
     *
     * @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
     * @explain
     */
    public static boolean verifyEcb(String cipherText, String paramStr) throws Exception {
        // 用于接收校验结果
        boolean flag = false;
        // hexString-->byte[]
        //byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(hexKey);
        byte[] keyData = hexKey.getBytes(ENCODING);
        // 将16进制字符串转换成数组
        //byte[] cipherData = ByteUtils.fromHexString(cipherText);
        byte[] cipherData = Base64.decodeBase64(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 json = "{\"name\":\"Marydon\",\"website\":\"http://www.cnblogs.com/Marydon20170307\"}";
            json = "1234567890abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
            // 自定义的16位16进制密钥,key的字符长度智能是16位
            String key = "86C63180C2806ED1";
            String cipher = Sm4Util.encryptEcb(key, json);
            System.out.println("国密SM4加密解密：\r\n密钥：" + key + " \n加密内容：" + json + " \n加密后:" + cipher);

            //System.out.println(cipher);
            //比对加密解密信息
//            String cipher = "Ub+KDfcDkHwJYdKn82b4c4mVehDAcy7yLh1/+Yfy1nABHwqvcgwbLimrnLOnUstN";
            System.out.println(Sm4Util.verifyEcb(key, cipher, json));// true
            json = Sm4Util.decryptEcb(key, cipher);
            System.out.println("国密SM4加密解密：\n密钥：" + key + " \n加密内容：" + cipher + " \n解密后：" + json);

            //System.out.println(json);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

以上代码亲测有效，有任何疑问欢迎留言。