SM4（分组密码算法）
SM4 分组密码算法
设计者
中国国家密码管理局
首次发布
2006年 (SMS4)
2012年 (SM4)
2012年 (SM4)
类别
对称分组密码
分组大小
128 bit
密钥长度
128 bit
轮数
32
结构
广义 Feistel (类 SMS4)
速度
~2.5 GB/s
标准
GM/T 0002-2012
GB/T 32907-2016
ISO/IEC 18033-3:2019
GB/T 32907-2016
ISO/IEC 18033-3:2019
安全状态
安全
SM4是中国国家密码管理局发布的分组密码算法标准（GM/T 0002-2012），最初作为 WAPI（无线局域网鉴别与保密基础结构）的一部分以 SMS4 的名称发布，2012年更名为 SM4。2016年升为国家标准 GB/T 32907-2016，2019年被纳入 ISO/IEC 国际标准。
算法描述
SM4 使用 128 位分组和 128 位密钥，32 轮非线性迭代，采用广义 Feistel 结构（每次处理 32 位，4 个字）：
SM4 轮函数 (i = 0..31):
B[i+4] = B[i] ⊕ T(B[i+1] ⊕ B[i+2] ⊕ B[i+3] ⊕ rk[i])
T 函数:
T(A) = L(τ(A))
τ 非线性变换 (S-box 代换):
对 32 位输入的每个字节通过 8×8 S-box 代换
L 线性变换:
L(B) = B ⊕ (B<<<2) ⊕ (B<<<10) ⊕ (B<<<18) ⊕ (B<<<24)
密文 = (B[35], B[34], B[33], B[32]) # 逆序输出
与 AES-128 对比
| 特性 | SM4 | AES-128 |
|---|---|---|
| 分组大小 | 128 bit | 128 bit |
| 密钥长度 | 128 bit | 128 bit |
| 轮数 | 32 | 10 |
| 结构 | 广义 Feistel | SPN |
| S-box | 8×8 (多项式构造) | 8×8 (GF(2⁸) 逆元) |
| 速度 (软件) | ~2.5 GB/s | ~1.8 GB/s (无AES-NI) |
| 速度 (硬件) | - | ~6 GB/s (AES-NI) |
| 标准 | SCA / ISO | NIST / ISO |
应用
- WAPI：中国无线局域网安全标准
- 金融：银联芯片卡、POS 终端
- 电子政务：政务数据加密
- 国密 TLS：TLS 协议的国密实现（使用 SM4-GCM/CCM）
- 区块链：合规区块链平台
参考文献
- 国家密码管理局 (2012). "SM4 分组密码算法". GM/T 0002-2012.
- 国家标准委 (2016). "信息安全技术 SM4分组密码算法". GB/T 32907-2016.
- ISO/IEC 18033-3:2019. "Encryption algorithms — Part 3: Block ciphers".