安全基础学习-SM3加密算法_sm3算法
SM3是一种广泛使用在中国国家标准中的哈希算法，全称为“中国国家暗码算法SM3”。它由中国国家暗码管理局订定，重要用于数字署名和消息完备性验证。SM3算法与SHA-256在结构上类似，但其计划具有特定的改进以增强安全性。SM3算法生成256位的哈希值，使用了32轮的迭代运算，而且依赖于消息扩展、压缩函数、消息肴杂等步骤。
1、SM3算法重要步骤
[*] 消息填充：起首对输入的消息举行填充，使其长度变为512的倍数。填充方法是在消息末尾添加一个’1’位，然后添加一定命量的’0’位，最后再添加64位的消息长度。
[*] 消息扩展：将填充后的消息分为512位的块，然后举行消息扩展，将每个512位的消息块扩展为132个32位的字。
[*] 压缩函数：将消息块与初始的IV（Initial Vector，初始向量）通过非线性变换举行压缩，32轮迭代，每轮使用扩展后的消息字和常量举行肴杂运算。
[*] 迭代运算：将压缩后的结果与前一个结果相加，作为下一次压缩的输入，直到全部消息块都处置处罚完毕。
[*] 输出哈希值：最后得到的256位数据即为SM3的哈希值。
2、数据示例
假设输入消息为 “abc”。在SM3算法中，这将被转化为字节形式举行处置处罚：b"abc"。
2.1步骤 1: 消息填充
SM3算法的第一步是对消息举行填充，使其长度变为512的倍数。
2.1.1 原始消息:
[*]“abc” 在ASCII中的十六进制表现为：0x61 0x62 0x63，即 b"abc"。
[*]长度为3字节，大概24位（二进制）。
2.1.2 附加 ‘1’ 位:
[*]在消息末尾添加一个’1’位：0x61 0x62 0x63 0x80，即 b"abc\x80"。
2.1.3 填充 ‘0’ 位:
[*]为了使填充后的长度为448位（512位-64位，数据长度必要用64位的），我们必要在’1’位后填充448 - 24 - 8 = 416位的0。
[*]填充后的消息为：0x61 0x62 0x63 0x80 加上 52 （64字节-8字节-3字节-1字节）个 0x00，即 b"abc\x80" + b’\x00’*52。
2.1.4 附加消息长度:
[*] 将原始消息的长度（24位）用64位二进制表现，并附加到消息末尾：0x0000000000000018（64位表现的十六进制）。
[*] 最终填充后的消息为：```
b"abc\x80" + b’\x00’*52 + b’\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x18
0x61 0x62 0x63 0x80 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 …
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 18
2.2 步骤 2: 消息扩展
将填充后的消息块扩展为132个32位字（W到W和W’到W’），以便举行后续的压缩计算。
2.2.1 分块：
[*] 每个512位的消息块被分成16个32位的字（W到W）。
[*] 对于"abc"，原始消息块为：```
W = 0x61626380
W = 0x00000000
W = 0x00000000
…
W = 0x00000018
2.2.2 消息扩展：
[*] 扩展为68个字(W-W)：```
W = P1(W ^ W ^ ROTL(W, 15)) ^ ROTL(W, 7) ^ W
[*] 比方：```
W = P1(W ^ W ^ ROTL(W, 15)) ^ ROTL(W, 7) ^ W
2.2.3 计算W’：
W’共64个字，和W合起来共132个字
[*]根据W生成W’：```
W’ = W ^ W
2.3 步骤 3: 压缩函数
目标：将扩展后的消息块与初始向量（IV）通过32轮迭代压缩，生成新的哈希值。
2.3.1 初始化寄存器：
[*]使用8个初始向量IV初始化寄存器（A到H）：```
A = 0x7380166F, B = 0x4914B2B9, C = 0x172442D7, D = 0xDA8A0600,
E = 0xA96F30BC, F = 0x163138AA, G = 0xE38DEE4D, H = 0xB0FB0E4E
2.3.1 32轮迭代计算：
[*] 每轮使用FF、GG、P0、P1等函数，以及常量T，更新寄存器的值。
[*] 比方，第1轮的计算：
SS1 = ROTL(ROTL(A, 12) + E + ROTL(T, 0), 7)
SS2 = SS1 ^ ROTL(A, 12)
TT1 = FF(A, B, C, j) + D + SS2 + W'
TT2 = GG(E, F, G, j) + H + SS1 + W
[*] 更新寄存器的值：
A = TT1, B = A, C = ROTL(B, 9), D = C, ...
2.3.2 压缩结果：
[*]每一轮的结果与前一轮的结果相加，作为下一轮的输入。处置处罚完全部消息块后，将最终结果作为哈希值。
2.4 步骤4：输出哈希值
目标：将最终压缩后的256位寄存器值作为SM3的哈希值输出。
2.4.1组合寄存器值：
[*] 将最终的寄存器A到H的值毗连起来，形成一个256位（64个十六进制字符）的哈希值。
[*] 对于消息 “abc”，最终输出的哈希值为：
66c7f0f462eeedd9d1f2d46bdc10e4e24167c4875cf2f7a2297da02b8f4ba8e0
3、python实现
import struct
def left_rotate(n, b):
"""左旋转 n by b bits。"""
return ((n << b)
最后
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