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SM3密碼算法的算法邏輯及要點

冬至子 ? 來源:商用密碼 ? 作者:莫道 ? 2023-05-22 14:49 ? 次閱讀

一、

SM3是一種哈希算法,主要用于計算消息摘要,其算法邏輯和要點如下:

1.數據填充:SM3算法要求將輸入數據填充為512比特的整數倍。填充方法是在數據末尾添加一個1和一些0,使得填充后的長度為512比特的整數倍。

2.分組處理:將填充后的數據分成512比特的分組,并進行逐個處理。

3.初始值設定:SM3算法對于每個分組都有一個初始值。對于第一個分組,初始值由固定的常量決定,對于后續分組,初始值由前一個分組的結果決定。
4.消息擴展:SM3算法采用了一種稱為Wt的消息擴展函數。該函數可以將每個512比特分組擴展為數個512比特的分組,并通過一些位運算將分組進行混淆。
5.壓縮函數:SM3算法采用了一種稱為CF函數的壓縮函數。該函數將每個512比特分組壓縮為一個512比特的分組,并使用一些非線性的操作對分組進行加密。
6.循環處理:SM3算法對于每個512比特分組都會進行循環處理。循環處理包括消息擴展、壓縮函數和結果更新等步驟。
7.結果輸出:SM3算法最終輸出256比特的哈希值。

當SM3算法處理一段輸入消息時,它首先會對消息進行填充以滿足512比特的分組長度要求。填充方法是將一個1和若干個0添加到消息末尾,使得消息的長度對512取模的余數為448。然后,在填充后的消息末尾添加一個64比特的數,表示消息的原始長度。這樣,填充后的消息長度就成為了512比特的整數倍。

接下來,SM3算法將填充后的消息分成多個512比特的分組,并對每個分組進行處理。對于第一個分組,SM3算法會使用一個固定的初始值;對于后續分組,SM3算法會使用前一個分組的結果作為初始值。然后,SM3算法會采用一系列的置換和非線性變換,將每個分組進行加密,產生一個256比特的哈希值。

在加密過程中,SM3算法采用了一種稱為Wt的消息擴展函數。該函數可以將每個512比特分組擴展為數個512比特的分組,并通過一些位運算將分組進行混淆。然后,SM3算法使用一個稱為CF函數的壓縮函數,將數個512比特的分組壓縮為一個512比特的分組,并使用一些非線性的操作對分組進行加密。

SM3算法的輸出結果是一個256比特的哈希值,具有高強度的防碰撞能力和安全性。它的設計緊湊、實現簡單、適用于多種應用場景,已被廣泛應用于數字簽名、消息認證碼、數據完整性校驗、證書管理等領域。SM3算法也是國際上公認的安全性較高的哈希算法之一,受到了廣泛的關注和研究。

二、

SM3算法主要采用以下四種操作:

1.位運算操作:包括按位異或(XOR)、按位與(AND)、按位或(OR)等,用于對輸入進行混淆和擾動。

2.非線性變換操作:包括置換、置換選擇、非線性函數、循環移位等,用于增加加密的難度和復雜性。

3.線性變換操作:包括置換、置換選擇等,用于增強加密的強度和擴散性。

4.哈希函數操作:包括取模、加法、異或等,用于生成輸出哈希值。

SM3算法在設計過程中采用了多重輪迭代結構,每輪包含相同的基本操作,但參數不同,以達到更好的加密效果。具體來說,SM3算法由三個部分組成:數據預處理部分、壓縮函數部分和輸出部分。

數據預處理部分包括填充、擴展、初始化等操作,將輸入消息轉化為可加密的形式,并生成初始值。壓縮函數部分是SM3算法的核心,主要由多重輪迭代結構組成,每輪包含置換、置換選擇、非線性函數、線性函數、循環移位等操作,將512比特的分組加密為256比特的哈希值。輸出部分包括對哈希值的處理和返回,生成最終的256比特哈希值。

SM3算法具有高度的安全性和防碰撞能力,在數字簽名、消息認證碼、數據完整性校驗、證書管理等領域得到了廣泛應用。同時,SM3算法的設計緊湊、實現簡單,適用于多種應用場景,已被ISO/IEC和GB/T等國際和國內標準采納。

三、

SM3算法具有以下特點:

1.安全性高:SM3算法的密鑰長度和哈希值長度均為256比特,具有高度的安全性和防碰撞能力,能夠有效地保護數據的機密性和完整性。

2.速度快:SM3算法的實現簡單、緊湊,具有高效的計算能力和快速的加密速度,適用于各種場景下的數據加密和安全保護。

3.公開透明:SM3算法是中國國家密碼管理局發布的標準算法,經過了公開透明的審查和測試,具有公正性和可信度。

4.兼容性好:SM3算法支持多種編程語言和硬件平臺,可以與各種操作系統和應用程序進行集成和兼容,便于開發和使用。

5.可擴展性強:SM3算法可以通過增加輪數、調整參數等方式進行擴展和改進,以適應不同的安全需求和應用場景。

總之,SM3算法是一種高效、安全、公開、兼容、可擴展的密碼算法,廣泛應用于數字簽名、消息認證碼、數據完整性校驗、證書管理等領域,為保護數據的安全和隱私做出了重要貢獻。

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