SM4(formerly SMS4)を実装してみた

久しぶりのプログラムネタです。題名を見ても「は?」としか思われないかもしれませんね。

 

SM4(formerly SMS4)とは

おそらくこれの意味がわからないと思いますので説明を。SM4を単体で検索してもまともに出てこないですしSMS4で検索すると今回のものとは全く無関係のことが出てくるほどマイナーなアルゴリズムですので。

このアルゴリズムですが実はブロック暗号アルゴリズムの一つで中国ではよく使われている形式です。中国国内で使われる無線通信の暗号形式として登場することが多いようで、これを実装してみようと思った理由がVIAもといCentaurの流れを汲む8コアx86 CPUが中国で登場していた模様 – やじうまPC Watchの記事を読んでいるときにSMS4が追加サポートされたという部分があり、「どういうアルゴリズムなのだろうか?」というところからどうせなのでプログラムとして実装してみよう、という流れでやってみました。

なお、ドキュメントなどを探せばわかると思いますが本来のアルゴリズムを説明した文章は中国語(汉语)で書かれていてそれを英語に翻訳したものが別に存在しています。ほとんどの人は英語版を読めばよいと思いますが中国語(汉语)が読めるのであればそちらのバージョンを読んでみてもよいと思います。汉语を少しですが勉強していたので読んでみたのですが、読み方はわからない漢字が大量にあっても文法がある程度理解できるようになったので意味を大筋で理解できるのが面白かったですね。

 

アルゴリズムはXOR、SBox置換、巡回シフトを1ラウンドとした複数ラウンド構成

暗号キーの作成も暗号化の手順もほぼ同じ手順(線形処理である巡回シフトの式が異なるだけ)で、かつ処理の構成の方法から暗号キーから内部暗号キーを作り出してしまえば暗号と復号は内部暗号キーを使う順番が逆になるだけ、という至ってシンプルなアルゴリズムです。何回か暗号処理を実装した人であれば最適化を考えなければ数時間で完了できるほどのものです。

一部面倒なのはこの手のアルゴリズムの実装では当たり前の話なのですがエンディアン処理をうまくすることです。巡回シフト演算の関係で32bitワードの状態での演算が必要でその部分がビックエンディアンで行う、という定義なのでリトルエンディアンを前提としたコードだとどの部分に変換処理を入れる必要があるのか、を正しくすることが重要になってきます。この部分に気がつくのに時間がかかったために資料に記述されている例と状態が合わないために四苦八苦しました…。

 

実装しても使い道が…

まあ、中国語(汉语)のドキュメントを直接読む機会となりよい経験ができた、というところでしょうかね。もちろん普通のブロック暗号なのでCBCなどと組み合わせれば普通にファイルの暗号化もできるのですが、だからといってゲームのアーカイブなどに使ってみても意味がなさそうですし。それ以外だと一からプログラムを組む機会が少なくなっていたのでそちらでもよい刺激になった、というところで。

もしコードを見てみたい、という人がいればコメントにでも書いてもらえれば追加で記事にするかもしれません。

 

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