请用C语言实现SM3加密算法并给出合理的批注解释
由于SM3加密算法是中国国家密码局发布的一种密码算法,其核心部分是用C语言实现的,因此在此处给出一份基本的SM3加密算法的C语言代码实现,并对其进行批注解释。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#define ROTL(x, n) (((x) << (n)) | ((x) >> (32 - (n)))) // 定义循环左移宏
#define P0(x) ((x) ^ ROTL((x), 9) ^ ROTL((x), 17)) // 定义P0置换函数
#define P1(x) ((x) ^ ROTL((x), 15) ^ ROTL((x), 23)) // 定义P1置换函数
#define FF0(x, y, z) ((x) ^ (y) ^ (z)) // 定义FF0置换函数
#define FF1(x, y, z) (((x) & (y)) | ((x) & (z)) | ((y) & (z))) // 定义FF1置换函数
#define GG0(x, y, z) ((x) ^ (y) ^ (z)) // 定义GG0置换函数
#define GG1(x, y, z) (((x) & (y)) | ((~(x)) & (z))) // 定义GG1置换函数
// 定义常量T
const uint32_t T[64] = {
0x79cc4519, 0xf3988a32, 0xe7311465, 0xce6228cb,
0x9cc45197, 0x3988a32f, 0x7311465e, 0xe6228cbc,
0xcc451979, 0x988a32f3, 0x311465e7, 0x6228cbce,
0xc451979c, 0x88a32f39, 0x11465e73, 0x228cbce6,
0x451979cc, 0x8a32f398, 0x1465e731, 0x28cbce62,
0x5197cc45, 0xa32f3988, 0x465e7311, 0x8cbce622,
0x197cc451, 0x32f3988a, 0x65e73114, 0xcbce6228,
0x97cc4519, 0x2f3988a3, 0x5e731146, 0xbce6228c,
0x7cc45197, 0xf3988a32, 0xe7311465, 0xce6228cb,
0xcc451979, 0x988a32f3, 0x311465e7, 0x6228cbce,
0x451979cc, 0x8a32f398, 0x1465e731, 0x28cbce62,
0x197cc451, 0x32f3988a, 0x65e73114, 0xcbce6228,
0x7cc45197, 0xf3988a32, 0xe7311465, 0xce6228cb,
0xcc451979, 0x988a32f3, 0x311465e7, 0x6228cbce,
0x451979cc, 0x8a32f398, 0x1465e731, 0x28cbce62,
0x197cc451, 0x32f3988a, 0x65e73114, 0xcbce6228
};
// 定义SM3算法的核心函数
void sm3_core(uint32_t *V, uint32_t *B)
{
uint32_t W[68], W_[64], A, B, C, D, E, F, G, H, SS1, SS2, TT1, TT2;
int i;
for (i = 0; i < 16; i++)
{
W[i] = B[i];
}
for (i = 16; i < 68; i++)
{
W[i] = P1(W[i - 16] ^ W[i - 9] ^ ROTL(W[i - 3], 15)) ^ ROTL(W[i - 13], 7) ^ W[i - 6];
}
for (i = 0; i < 64; i++)
{
W_[i] = W[i] ^ W[i + 4];
}
A = V[0], B = V[1], C = V[2], D = V[3], E = V[4], F = V[5], G = V[6], H = V[7];
for (i = 0; i < 64; i++)
{
SS1 = ROTL((ROTL(A, 12) + E + ROTL(T[i], i % 32)), 7);
SS2 = SS1 ^ ROTL(A, 12);
TT1 = FF0(A, B, C) + D + SS2 + W_[i];
TT2 = GG0(E, F, G) + H + SS1 + W[i];
D = C;
C = ROTL(B, 9);
B = A;
A = TT1;
H = G;
G = ROTL(F, 19);
F = E;
E = P0(TT2);
}
V[0] ^= A;
V[1] ^= B;
V[2] ^= C;
V[3] ^= D;
V[4] ^= E;
V[5] ^= F;
V[6] ^= G;
V[7] ^= H;
}
// 定义SM3算法的主函数
void sm3(uint8_t *message, uint32_t len, uint8_t *hash)
{
uint32_t V[8] = {
0x7380166f, 0x4914b2b9, 0x172442d7, 0xda8a0600,
0xa96f30bc, 0x163138aa, 0xe38dee4d, 0xb0fb0e4e
};
uint32_t B[16];
uint32_t i, j;
uint32_t n = (len + 63) / 64;
uint8_t *msg = malloc(n * 64);
memcpy(msg, message, len);
msg[len] = 0x80;
for (i = len + 1; i < n * 64; i++)
{
msg[i] = 0;
}
*(uint32_t *)(msg + n * 64 - 4) = len * 8;
for (i = 0; i < n; i++)
{
for (j = 0; j < 16; j++)
{
B[j] = ((uint32_t *)msg)[i * 16 + j];
}
sm3_core(V, B);
}
for (i = 0; i < 8; i++)
{
hash[i * 4] = (V[i] >> 24) & 0xff;
hash[i * 4 + 1] = (V[i] >> 16) & 0xff;
hash[i * 4 + 2] = (V[i] >> 8) & 0xff;
hash[i * 4 + 3] = V[i] & 0xff;
}
free(msg);
}
int main()
{
uint8_t message[] = "hello, world";
uint8_t hash[32];
sm3(message, strlen(message), hash);
int i;
for (i = 0; i < 32; i++)
{
printf("%02x", hash[i]);
}
printf("\n");
return 0;
}
注释:
-
定义循环左移宏,方便后面的代码实现。
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定义P0和P1置换函数,这两个函数是SM3算法中使用的置换函数。
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定义FF0和FF1置换函数,这两个函数是SM3算法中使用的置换函数。
-
定义GG0和GG1置换函数,这两个函数是SM3算法中使用的置换函数。
-
定义常量T,这个常量是SM3算法中使用的常量。
-
定义SM3算法的核心函数,这个函数是SM3算法中最核心的部分,用于计算消息的摘要值。
-
定义SM3算法的主函数,这个函数是SM3算法的主要实现部分,用于对输入的消息进行处理并输出摘要值。
-
main函数中调用sm3函数进行测试,并输出结果。
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