按照劇本來說，應該更新pwm的，但是調頻率那里出現了問題，再加上馬上有個比賽要調GSM，所以我決定把pwm再鴿億鴿，下一篇更新GSM，
PS:不是像其他博主一樣從官網例程上扒下來的啊，這是自己寫完自己講，官方例程用的指標對小白太不友好了文章目錄
- 前言
- 一、術語決議
- 1.S盒
- 2.基本運算
- 3.密鑰及密鑰參量
- 4.太多了不想寫了，自己在網上搜索吧
- 二、實作SM4
- 總結
前言
SM4.0 （原名SMS4.0）是 中華人民共和國政府 采用的一種 分組密碼 標準，SM4主要用于 資料加密 ，其演算法公開，分組長度與密鑰長度均為128bit， 加密演算法 與密鑰擴展演算法都采用32輪非線性迭代結構， S盒 為固定的8位元輸入8位元輸出，
吧啦吧啦一大段，其實就是一個小小的加密演算法罷了，我們只需要知道它是一個分組演算法，分組長度為128位元，秘鑰長度為128位元，加密演算法與擴展秘鑰演算法都采用32輪非線性迭代結構，
一、術語決議
1.S盒
S盒為固定的8位元輸入8位元輸出的置換，記為Sbox(.)，
2.基本運算
在本演算法中采用了以下基本運算：
⊕ 32位元異或
<<<i 32位元回圈左移i位
3.密鑰及密鑰參量
加密密鑰長度為128位元，表示為MK=(MK0, MK1, MK2, MK3)，其中MKi(i=0,1,2,3)為字，
輪密鑰表示為(rk0, rk1, …, rk31)，其中rki(i=0,…,31)為字，輪密鑰由加密密鑰生成，
FK=(FK0, FK1, FK2, FK3)為系統引數，CK=(CK0, CK1,…, CK31)為固定引數，用于密鑰擴展演算法，其中FKi(i=0,…,3)、CKi(i=0,…,31)為字，
4.太多了不想寫了，自己在網上搜索吧
http://www.gb688.cn/bzgk/gb/newGbInfo?hcno=7803DE42D3BC5E80B0C3E5D8E873D56A
二、實作SM4
相信大家看完pdf后都有點自己的想法，可以先自己嘗試著寫寫，最后再來看看我的寫法
先用靜態變數引入系統引數（S盒，CK，FK）：
static const unsigned char Sbox[16][16] =
{
{0xd6,0x90,0xe9,0xfe,0xcc,0xe1,0x3d,0xb7,0x16,0xb6,0x14,0xc2,0x28,0xfb,0x2c,0x05},
{0x2b,0x67,0x9a,0x76,0x2a,0xbe,0x04,0xc3,0xaa,0x44,0x13,0x26,0x49,0x86,0x06,0x99},
{0x9c,0x42,0x50,0xf4,0x91,0xef,0x98,0x7a,0x33,0x54,0x0b,0x43,0xed,0xcf,0xac,0x62},
{0xe4,0xb3,0x1c,0xa9,0xc9,0x08,0xe8,0x95,0x80,0xdf,0x94,0xfa,0x75,0x8f,0x3f,0xa6},
{0x47,0x07,0xa7,0xfc,0xf3,0x73,0x17,0xba,0x83,0x59,0x3c,0x19,0xe6,0x85,0x4f,0xa8},
{0x68,0x6b,0x81,0xb2,0x71,0x64,0xda,0x8b,0xf8,0xeb,0x0f,0x4b,0x70,0x56,0x9d,0x35},
{0x1e,0x24,0x0e,0x5e,0x63,0x58,0xd1,0xa2,0x25,0x22,0x7c,0x3b,0x01,0x21,0x78,0x87},
{0xd4,0x00,0x46,0x57,0x9f,0xd3,0x27,0x52,0x4c,0x36,0x02,0xe7,0xa0,0xc4,0xc8,0x9e},
{0xea,0xbf,0x8a,0xd2,0x40,0xc7,0x38,0xb5,0xa3,0xf7,0xf2,0xce,0xf9,0x61,0x15,0xa1},
{0xe0,0xae,0x5d,0xa4,0x9b,0x34,0x1a,0x55,0xad,0x93,0x32,0x30,0xf5,0x8c,0xb1,0xe3},
{0x1d,0xf6,0xe2,0x2e,0x82,0x66,0xca,0x60,0xc0,0x29,0x23,0xab,0x0d,0x53,0x4e,0x6f},
{0xd5,0xdb,0x37,0x45,0xde,0xfd,0x8e,0x2f,0x03,0xff,0x6a,0x72,0x6d,0x6c,0x5b,0x51},
{0x8d,0x1b,0xaf,0x92,0xbb,0xdd,0xbc,0x7f,0x11,0xd9,0x5c,0x41,0x1f,0x10,0x5a,0xd8},
{0x0a,0xc1,0x31,0x88,0xa5,0xcd,0x7b,0xbd,0x2d,0x74,0xd0,0x12,0xb8,0xe5,0xb4,0xb0},
{0x89,0x69,0x97,0x4a,0x0c,0x96,0x77,0x7e,0x65,0xb9,0xf1,0x09,0xc5,0x6e,0xc6,0x84},
{0x18,0xf0,0x7d,0xec,0x3a,0xdc,0x4d,0x20,0x79,0xee,0x5f,0x3e,0xd7,0xcb,0x39,0x48}
};
static const unsigned long CK[32] =
{
0x00070e15,0x1c232a31,0x383f464d,0x545b6269,
0x70777e85,0x8c939aa1,0xa8afb6bd,0xc4cbd2d9,
0xe0e7eef5,0xfc030a11,0x181f262d,0x343b4249,
0x50575e65,0x6c737a81,0x888f969d,0xa4abb2b9,
0xc0c7ced5,0xdce3eaf1,0xf8ff060d,0x141b2229,
0x30373e45,0x4c535a61,0x686f767d,0x848b9299,
0xa0a7aeb5,0xbcc3cad1,0xd8dfe6ed,0xf4fb0209,
0x10171e25,0x2c333a41,0x484f565d,0x646b7279
};
static const unsigned long FK[4] = {0xa3b1bac6,0x56aa3350,0x677d9197,0xb27022dc};
因為我們不用指標和結構體，那么我們直接生成連個全域變數記錄輪秘鑰rk和plain明文來呼叫
long rk[32];
long plain[4];
我們先來寫這個32位元回圈左移i位，區分<<
unsigned long Change_Place(unsigned long In,int Num)
{
long temp;
temp = (In << Num) | (In >> (32-Num));
return temp;
}
簡單明了，入口引數就是需要回圈異或的數我用了long正好是32位，注意了，這里一定要加上unsigned，證明它是無符號的，否則就會出現這樣的狀況：當最高位是1的時候，系統就會認為是負數，這樣就會出大問題，
根據SM演算法的意思，我們應該把明文分成4組合成4個32位的秘鑰MK
那么我們再寫一個生成MK的函式
unsigned long chang_place1(unsigned long in1,unsigned long in2,unsigned long in3,unsigned long in4)
{
long temp = 0;
temp =(in1 << 24) | (in2 << 16) | (in3 << 8) | in4 ;
return temp;
}
簡單得都不知道該怎樣解釋了，，，我們核心步驟是要求出rk輪秘鑰，
那么我們就得先生成4個k
for(i=0;i<4;i++)
{
k[i] = MK[i] ^ (FK[i]);
}
我們看到，生成rk需要T’變換，而T’變換需要L’變換，而L’變換的入口引數是t回傳值，那我們先寫一個t變換，也就是查S盒：
unsigned int TransSbox(unsigned int temp)
{
return Sbox[temp>>4][temp&0xf];
}
問題又出現了啊，這里查s盒用的是int，也就是高4位和低四位代表了行和列，可是我們MK秘鑰是long型的，怎樣才能輸入進去呢？
所以我們再寫一個轉換的函式：
unsigned long TransSboxl(unsigned long In)
{
long temp = 0;
temp |= (unsigned long)TransSbox((unsigned int)(In >> 24) & 0xff);
temp <<= 8;
temp |= (unsigned long)TransSbox((unsigned int)(In >> 16) & 0xff);
temp <<= 8;
temp |= (unsigned long)TransSbox((unsigned int)(In >> 8) & 0xff);
temp <<= 8;
temp |= (unsigned long)TransSbox((unsigned int)In & 0xff);
return temp;
}
我們把輸入的32位先向右移24位，然后強制轉換成int型別，取低八位，這樣就能從S盒中找到轉換出來的數了，接著再把int轉換成long型，向左移8位，位下一次的找S盒留出位置，總共進行4次，這樣我們就把一個32位MK的4個S盒找完了，
看到這里我建議大家先停一停，仔細思考思考這一步，
好了，接下來就可以寫L’變換了
unsigned long TransL_1 (unsigned long temp)
{
return temp ^ Change_Place(temp, 13) ^ Change_Place(temp, 23);
}
接下來就能直接寫T’變換了
unsigned long TransT_1(unsigned long temp)
{
return TransL_1(TransSboxl(temp));
}
簡簡單單，那么我后文就直接吧T變換拿出來了，因為T變換和T’變換原理是差不多的，
寫到這里，我們核心步驟rk就能求出來了：
unsigned long KeyExp(unsigned long MK[4])
{
int i=0;
long k[4];
for(i=0;i<4;i++)
{
k[i] = MK[i] ^ (FK[i]);
}
rk[0] = k[0]^TransT_1(k[1] ^ k[2] ^ k[3] ^ CK[0]);
rk[1] = k[1]^TransT_1(k[2] ^ k[3] ^ rk[0] ^ CK[1]);
rk[2] = k[2]^TransT_1(k[3] ^ rk[0] ^ rk[1] ^ CK[2]);
rk[3] = k[3]^TransT_1(rk[0] ^ rk[1] ^ rk[2] ^ CK[3]);
for(i=4;i<32;i++)
{
rk[i] = rk[i-4]^TransT_1(rk[i-3] ^ rk[i-2] ^ rk[i-1] ^ CK[i]);
}
}
接下來就可以進行加密運算（解密我就不寫了，只需要把輪秘鑰順序換一下就行了，大家可以當做練習）
我們是不是輪函式還沒寫？得到輪函式的入口引數需要一次T變換，那我們直接拿出T變換：
unsigned long TransT(unsigned long temp)
{
return TransL(TransSboxl(temp));
}
unsigned long TransL (unsigned long temp)
{
return temp ^ Change_Place(temp, 2) ^ Change_Place(temp, 10) ^ Change_Place(temp, 18) ^ Change_Place(temp, 24) ;
}
好了這樣我們就擁有F輪函式的入口引數了，直接寫輪函式：
unsigned long F(unsigned long X0,unsigned long X1,unsigned long X2,unsigned long X3,unsigned long rk)
{
return X0 ^ TransT(X1^X2^X3^rk);
}
接下來的作業就是進行32輪運算，得出最后四個，然后換位置，
for(i=0;i<32;i++)
{
temp = F(plain[0],plain[1],plain[2],plain[3],rk[i]);
plain[0]=plain[1];
plain[1]=plain[2];
plain[2]=plain[3];
plain[3]=temp;
printf("X%d=%x\n",i,temp);
}
temp = plain[0];
plain[0] = plain[3];
plain[3] = temp;
temp = plain[1];
plain[1] = plain[2];
plain[2] = temp;
所以加密的演算法就寫出來了：
unsigned long get_sm4(unsigned long x[4],unsigned long MK[4])
{
long temp;
int i;
KeyExp(MK);
printf("rk:\n");
for(i=0;i<32;i++)
{
printf("rk%d = %x\n",i,rk[i]);
}
for(i=0;i<4;i++)
{
plain[i] = x[i];
}
for(i=0;i<32;i++)
{
temp = F(plain[0],plain[1],plain[2],plain[3],rk[i]);
plain[0]=plain[1];
plain[1]=plain[2];
plain[2]=plain[3];
plain[3]=temp;
printf("X%d=%x\n",i,temp);
}
temp = plain[0];
plain[0] = plain[3];
plain[3] = temp;
temp = plain[1];
plain[1] = plain[2];
plain[2] = temp;
}
寫我們的主函式
int main()
{
int i;
long stringkey[]={0x01,0x23,0x45,0x67,
0x89,0xab,0xcd,0xef,
0xfe,0xdc,0xba,0x98,
0x76,0x54,0x32,0x10};
long MK[4];
long Pln[4];
long temp[4];
MK[0]=chang_place1(stringkey[0],stringkey[1],stringkey[2],stringkey[3]);
MK[1]=chang_place1(stringkey[4],stringkey[5],stringkey[6],stringkey[7]);
MK[2]=chang_place1(stringkey[8],stringkey[9],stringkey[10],stringkey[11]);
MK[3]=chang_place1(stringkey[12],stringkey[13],stringkey[14],stringkey[15]);
printf("明文為\n");
for(i=0;i<4;i++)
{
Pln[i]=MK[i];
printf("%x\n",MK[i]);
}
get_sm4(Pln,MK);
printf("密文為\n%x\n%x\n%x\n%x",plain[0],plain[1],plain[2],plain[3]);
}
總結
網上大多例程都是運用指標，而指標對于學習來說就太離譜了，可讀性極低，剛好我們實驗室考核就是SM4國密演算法，那么我就將我這比較容易懂的寫法分享給大家，這個思維就像是我直接奔著目標加密去，程序中需要什么，我就補上什么，比如想要T變換就得L變換，而L變換的入口引數是t變換的回傳值，所以我就明白了，我需要先補上t變換，然后寫出L變換，就能得到我想要的T變換了，
這種思維對于寫程式來說，我認為是很好的，但是缺點也顯而易見——讀程式的人就不好懂了，因為他不明白寫T轉換為什么一下子就跳到了t轉換，所以寫完之后得再整理整理，才能夠算是完成了這個工程，
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