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    sm4分段加解密

    07-11 SSL证书

    先来看看文档中怎么介绍SM4：SM4为分组加密算法，分组长度128位，当前算法库提供SM4常用的7种加密模式：ECB、CBC、CTR、OFB、CFB、CFB128和GCM。

    SM4算法规格：

    https://developer.huawei.com/consumer/cn/doc/harmonyos-guides/crypto-sym-encrypt-decrypt-spec#sm4

    华为的官方文档只给了SM4的GCM模式的分段加密解密，先把官网给的GCM模式分段加密解密实现下：

    首先是加密过程：

    1.生成加密密钥：Api：createSymKeyGenerator
    ：https://developer.huawei.com/consumer/cn/doc/harmonyos-references/js-apis-cryptoframework#cryptoframeworkcreatesymkeygenerator
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    cryptoFramework.createSymKeyGenerator("SM4_128");

    2.创建加密过程的Cipher实例：Api：createCipher

    https://developer.huawei.com/consumer/cn/doc/harmonyos-references/js-apis-cryptoframework#cryptoframeworkcreatecipher

    ，createCipher需要传入一个参数，参数的官网解释为：待生成的Cipher的算法名称（含密钥长度），加密模式，以及填充方式的组合。这么说可能不直观，换个说法：

    transformation为：算法名称|加密模式|填充方式。算法名称如：SM4_128，表示国密SM4算法，128位密钥；

    加密模式如：ECB，CBC这种；填充方式如：PKCS5，PKCS7。不同的组合应对不同的场景。如下示例常见SM4，128位密钥的GCM，填充模式位PKCS7的cipher实例。

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    cryptoFramework.createCipher("SM4_128|GCM|PKCS7");
    3.创建好cipher后，进行cipher的初始化，Api：init
    https://developer.huawei.com/consumer/cn/doc/harmonyos-references/js-apis-cryptoframework#init-1
    ，注意这个初始化Api是实例cipher调用的，需要参数opMode，key，params，参数解释为：加密/解密模式，指定加密/解密的密钥，指定加密/解密参数。
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    initSM4() {  this.sm4Key = this.generateSM4Key();//调用密钥生成函数  this.cipher = cryptoFramework.createCipher("SM4_128|GCM|PKCS7");//创建cipher示实例  this.gcmParams = {    iv: { data: new Uint8Array(12) },    aad: { data: new Uint8Array(8) },    authTag: { data: new Uint8Array(8) },    algName: 'GcmParamsSpec'  }  this.cipher.initSync(cryptoFramework.CryptoMode.ENCRYPT_MODE, this.sm4Key, this.gcmParams)
    4.分段加密过程：循环调用update

    https://developer.huawei.com/consumer/cn/doc/harmonyos-references/js-apis-cryptoframework#update-1

    接口更新数据，更新结束必须要调用doFinal
    https://developer.huawei.com/consumer/cn/doc/harmonyos-references/js-apis-cryptoframework#dofinal-1
    终止update过程，并获取最终加密数据，将数据作为解密的认证信息。
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    encryptData(cipher: cryptoFramework.Cipher, data: Uint8Array, gcmParams: cryptoFramework.GcmParamsSpec) {  const blockSize = 256;//分段加密的块区大小  let outPut = new Uint8Array(0);  try {    for (let i = 0; i < data.length; i += blockSize) {//分段过程      const chunk = data.slice(i, i + blockSize);      const updateBlob = cipher.updateSync({        data: chunk      });      outPut = this.concatUint8Arrays(outPut,updateBlob.data);    }    const finalBlob = cipher.doFinalSync(null);//获取加密后的数据    gcmParams.authTag = finalBlob;//作为解密的认证信息    hilog.info(0x0000,"ccTest",outPut.toString())  }catch (e) {    hilog.info(0x0000,"ccTest",JSON.stringify(e))  }  return outPut;}
    解密过程和加密过程没什么差别，需要注意的是，1.加密过程的cipher实例并不能作为解密过程的cipher实例使用，这两个过程的cipher并不是同一个实例；2.解密的cipher参数要和加密的cipher完全一样，同样包含初始化，update更新，doFinal过程。代码如下：
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      decryData(decoder:cryptoFramework.Cipher,encryptedData:Uint8Array){    const blockSize = 256;    let output = new Uint8Array(0);    try {      for (let i = 0; i < encryptedData.length; i += blockSize) {        const chunk = encryptedData.slice(i, i + blockSize);        const updateBlob =  decoder.updateSync({ data: chunk });        output = this.concatUint8Arrays(output, updateBlob.data);      }      decoder.doFinalSync(null);     }catch (e) {      hilog.info(0x0000,"ccTest",JSON.stringify(e))    }    return output;  }
    以加密解密字符串为例，还需要对应的字符串拼接函数：
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      concatUint8Arrays(arr1: Uint8Array, arr2: Uint8Array): Uint8Array {    // 创建新数组（长度 = arr1长度 + arr2长度）    const result = new Uint8Array(arr1.length + arr2.length);    // 手动复制数据    for (let i = 0; i < arr1.length; i++) {      result[i] = arr1[i];    }    for (let i = 0; i < arr2.length; i++) {      result[arr1.length + i] = arr2[i];    }    return result;  }  u8ArrToStr(u8Arr:Uint8Array):string{    let str = "";    for (let i = 0; i < u8Arr.length; i++) {      str += String.fromCharCode(u8Arr[i]);    }    return str;  }
    以上就是SM4在GCM模式下的分段加解密，那其他模式呢？
    1.ECB的分段加解密，ECB模式容易被模式分析攻击，在ECB模式下，相同的明文块会输出相同的密文，如果是加密大量数据的话，能通过这些特征破解。直接看分段的代码：
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      encryptECBData(data: Uint8Array,key:cryptoFramework.SymKey) {    const cipher = cryptoFramework.createCipher('SM4_128|ECB|PKCS5');    cipher.initSync(cryptoFramework.CryptoMode.ENCRYPT_MODE, key, null)    const blockSize = 256;    let outPut = new Uint8Array(0);    for (let i = 0; i < data.length; i += blockSize) {      const chunk = data.subarray(i, i + blockSize);      const updateBlob = cipher.updateSync({        data: chunk      })      if(updateBlob){        outPut = this.concatUint8Arrays(outPut, updateBlob.data);      }    }    let final = cipher.doFinalSync(null);     if(final){      outPut = this.concatUint8Arrays(outPut,final.data)    };    return outPut;  }      decryECBData(encryptedData: Uint8Array,key:cryptoFramework.SymKey) {    const cipher = cryptoFramework.createCipher('SM4_128|ECB|PKCS5');    try {      cipher.initSync(cryptoFramework.CryptoMode.DECRYPT_MODE, key, null)    }catch (e) {      hilog.info(0x0000, "ccTest", JSON.stringify(e))    }    const blockSize = 256;    let output = new Uint8Array(0);    try {      for (let i = 0; i < encryptedData.length; i += blockSize) {        const chunk = encryptedData.subarray(i, i + blockSize);        const updateBlob = cipher.updateSync({ data: chunk });        if(updateBlob){          output = this.concatUint8Arrays(output, updateBlob.data);        }      }      let final = cipher.doFinalSync(null);       if(final){        output = this.concatUint8Arrays(output,final.data)      }    } catch (e) {      hilog.info(0x0000, "ccTest", JSON.stringify(e))    }    return output;  }

    这个加解密过程需要严格注意时序，不然会出现401，17360001，正常交替出现。

    再看看CTR模式的分段加解密：

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      encryptCTRData(data: Uint8Array, key: cryptoFramework.SymKey){    const cipher = cryptoFramework.createCipher('SM4_128|CTR|NoPadding');    cipher.initSync(cryptoFramework.CryptoMode.ENCRYPT_MODE, key, null);    const blockSize = 256;    let outPut = new Uint8Array(0);    try {      for (let i = 0; i < data.length; i += blockSize) {        const chunk = data.subarray(i, i + blockSize);        const updateBlob = cipher.updateSync({          data: chunk        })        if (updateBlob) {          outPut = this.concatUint8Arrays(outPut, updateBlob.data);        }      }      let final = cipher.doFinalSync(null);       if (final) {        outPut = this.concatUint8Arrays(outPut, final.data)      }      ;    } catch (e) {      hilog.info(0x0000, "ccTest", JSON.stringify(e))    }    return outPut;  }  decryCTRData(encryptedData: Uint8Array, key: cryptoFramework.SymKey){    const cipher = cryptoFramework.createCipher('SM4_128|CTR|NoPadding');    try {      cipher.initSync(cryptoFramework.CryptoMode.DECRYPT_MODE, key, null)    } catch (e) {      hilog.info(0x0000, "ccTest", JSON.stringify(e))    }    const blockSize = 256;    let output = new Uint8Array(0);    try {      for (let i = 0; i < encryptedData.length; i += blockSize) {        const chunk = encryptedData.subarray(i, i + blockSize);        const updateBlob = cipher.updateSync({ data: chunk });        if (updateBlob) {          output = this.concatUint8Arrays(output, updateBlob.data);        }      }      let final = cipher.doFinalSync(null);       if (final) {        output = this.concatUint8Arrays(output, final.data)      }    } catch (e) {      hilog.info(0x0000, "ccTest", JSON.stringify(e))    }    return output;  }

    观察GCM，ECB，CTR这三种模式的分段加解密代码，可以发现，SM4的分段加密解密的代码相似度非常高。木有错，这几种模式主要的区别在createCipher的参数上，比如

    ECB需要填充PCKS7/PCKS7，GCM，CTR不需要；GCM需要解密时设置authTag用于强制验证。

    但是我在用CTR进行测试的时候（就行上述代码示例），发现CTR模式下，不指定iv参数，也是能够正常加解密的，但是CTR在init的时候需要传入iv参数，猜测传入null值时，Api内部做了适配？至于为什么Api允许CTR模式的iv参数可以为null，这需要问一问api设计者了。所以实际上CTR的初始化要这么做：

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      encryptCTRData(data: Uint8Array, key: cryptoFramework.SymKey,ctrParams:cryptoFramework.IvParamsSpec){    const cipher = cryptoFramework.createCipher('SM4_128|CTR|NoPadding');    cipher.initSync(cryptoFramework.CryptoMode.ENCRYPT_MODE, key, ctrParams);    const blockSize = 256;    let outPut = new Uint8Array(0);    try {      for (let i = 0; i < data.length; i += blockSize) {        const chunk = data.subarray(i, i + blockSize);        const updateBlob = cipher.updateSync({          data: chunk        })        if (updateBlob) {          outPut = this.concatUint8Arrays(outPut, updateBlob.data);        }      }      let final = cipher.doFinalSync(null);       if (final) {        outPut = this.concatUint8Arrays(outPut, final.data)      }      ;    } catch (e) {      hilog.info(0x0000, "ccTest", JSON.stringify(e))    }    return outPut;  }  decryCTRData(encryptedData: Uint8Array, key: cryptoFramework.SymKey,ctrParams:cryptoFramework.IvParamsSpec){    const cipher = cryptoFramework.createCipher('SM4_128|CTR|NoPadding');    try {      cipher.initSync(cryptoFramework.CryptoMode.DECRYPT_MODE, key, ctrParams)    } catch (e) {      hilog.info(0x0000, "ccTest", JSON.stringify(e))    }    const blockSize = 256;    let output = new Uint8Array(0);    try {      for (let i = 0; i < encryptedData.length; i += blockSize) {        const chunk = encryptedData.subarray(i, i + blockSize);        const updateBlob = cipher.updateSync({ data: chunk });        if (updateBlob) {          output = this.concatUint8Arrays(output, updateBlob.data);        }      }      let final = cipher.doFinalSync(null);      if (final) {        output = this.concatUint8Arrays(output, final.data)      }    } catch (e) {      hilog.info(0x0000, "ccTest", JSON.stringify(e))    }    return output;  }

    其中ctrParams为，这一块内容可以看文档的安全随机数生成：https://developer.huawei.com/consumer/cn/doc/harmonyos-guides/crypto-generate-random-number，另外建议官方在SM4文档那块增加说明，CTR在init的时候要传入iv参数

    （ps：鸿蒙的开发文档真的是东一块西一块）

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    let randomKey =  cryptoFramework.createRandom();let seed = new Uint8Array([1, 2, 3]);randomKey.setSeed({data:seed});let counter = randomKey.generateRandomSync(16);let ctrParams :cryptoFramework.IvParamsSpec = {  iv: counter,  algName: 'IvParamsSpec'}

    以下是SM4的7种模式的差异（ds给的表，仅供参考）

    模式 加密原理 分段处理差异 IV 要求 填充要求 错误传播 并行性 典型场景
    ECB

    (电子密码本)
    每个明文块独立加密，相同输入产生相同输出
    直接分块独立处理，无链式依赖
    ❌ 不需要
    ✅ 必须填充

    (如 PKCS7)
    ❌ 单块错误不影响其他块
    ✅ 加密/解密均可并行
    简单加密、硬件加速场景17
    CBC

    (密码块链)
    前一块密文与当前明文异或后加密
    需依赖前一块密文，串行处理
    ✅ 需固定长度 IV

    (通常 16 字节)
    ✅ 必须填充
    ✅ 单块错误影响后续所有块
    ❌ 仅解密可并行
    文件加密、SSL/TLS19
    CFB

    (密文反馈)
    将分组密码转为流密码，加密反馈寄存器后与明文异或
    支持按字节/比特流处理，无需填充
    ✅ 需 IV（长度=分组大小）
    ❌ 无需填充
    ✅ 单字节错误影响后续字节
    ❌ 串行处理
    实时流数据传输17
    OFB

    (输出反馈)
    加密 IV 生成密钥流，与明文异或
    密钥流独立于明文，可预生成
    ✅ 需 IV（长度=分组大小）
    ❌ 无需填充
    ❌ 仅影响当前字节
    ❌ 串行生成密钥流
    卫星通信、高容错场景14
    CTR

    (计数器)
    加密计数器生成密钥流，与明文异或
    计数器可并行递增，支持随机访问
    ✅ 需唯一计数器

    (Nonce + Counter)
    ❌ 无需填充
    ❌ 仅影响当前块
    ✅ 完全并行
    大数据加密、GPU 加速79
    CTS

    (密文窃取)
    CBC 变体，处理末尾不完整块时“窃取”密文填充
    末尾块特殊处理，避免填充
    ✅ 需 IV
    ❌ 无需填充
    ✅ 错误传播类似 CBC
    ❌ 串行处理
    固定长度报文加密1
    GCM

    (伽罗瓦计数)
    CTR 模式 + GMAC 认证
    CTR 模式加密，GMAC 计算认证标签
    ✅ 需 IV（通常 12 字节）
    ❌ 无需填充
    ❌ 不影响认证
     
     

    版权保护: 本文由 绿茶加糖-郭保升 原创，转载请保留链接: https://www.guobaosheng.com/tuijian/2025/0711/367.html

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