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iOS-SM3加密算法N种集成

news 来源：原创 2025/6/14 7:56:05

近期的一个项目需要用到SM3加密算法，需要在iOS中使用Objective-C实现SM3国密加密算法。

SM3：是中国国家密码管理局发布的密码杂凑算法标准，适用于商用密码应用中的数字签名和验证、消息认证码的生成与验证以及随机数的生成等

由于iOS系统并未内置SM3算法，我们需要使用第三方开源库或自己实现

GMObjC库： 是一个基于 OpenSSL 的国密（SM2、SM3、SM4）算法的 Objective-C 开源库，适用于 iOS 和 macOS 开发。它封装了中国国家密码管理局发布的多种加密算法，包括：

1. SM2： 支持基于椭圆曲线（ECC）的加解密，密钥协商（ECDH）和签名算法

2. SM3： 类似 SHA 系列的国密哈希算法，包含 SM3 和 HMAC 等

3. SM4： 实现对称分组加密算法

**GmSSL库：**GmSSL是由北京大学自主开发的国产商用密码开源库，实现了对国密算法、标准和安全通信协议的全面功能覆盖，支持包括移动端在内的主流操作系统和处理器，支持密码钥匙、密码卡等典型国产密码硬件，提供功能丰富的命令行工具及多种编译语言编程接口

方案一：使用第三方库（GMObjC）

集成GMObjC：集成GMObjC方法

因为我们的项目是SDK不便用CocoaPods方法，因此我只能选择直接集成和手动编译为 Framework。

1.直接集成 (demo)

1.从 Git 下载最新代码，找到和 README 同级的 GMObjC 文件夹，将 GMObjC 文件夹拖入项目

2.找到和 README 同级的 Frameworks 文件夹，将项目 Frameworks/OpenSSL.xcframework 拖入项目

3.在需要使用的地方导入头文件 GMObjC.h 即可使用 SM2、SM4 加解密，签名验签，计算 SM3 摘要等

注意事项

GMObjC 依赖 OpenSSL，可直接拖入 Frameworks/OpenSSL.xcframework 或通过pod GMOpenSSL安装 OpenSSL。

如果项目中已集成 OpenSSL 1.1.1l 以上版本，可共用同一个 OpenSSL；否则需要使用 Carthage 将 GMObjC 编译为动态库。

我按照以上步骤将文件导入后报错：
OpenSSL.xcframework 签名验证失败

终端执行强制重签名命令

codesign --force --deep --sign - 你的路径/OpenSSL.xcframework

返回：你的路径/OpenSSL.xcframework: replacing existing signature

现在就可以运行测试了：

#import "GMObjC.h"NSString *str = @"123@1234";
NSString *digest = [GMSm3Utils hashWithText:str];
NSLog(@"%@", digest);

2.手动编译为 Framework (demo)

1.动态库‌：

从 GitHub 下载源码，打开项目GMObjC-master/Frameworks/GMObjC.xcframework把这个拖入项目

在 Xcode 的 General → Frameworks, Libraries, and Embedded Content 中需标记为 Embed & Sign

#import "GMObjC/GMObjC.h"NSString *digest1 = [GMSm3Utils hashWithText:str];
NSLog(@"%@", digest1);

2.静态库：

从 GitHub 下载源码，打开项目 GMObjC.xcodeproj，设置 Build Settings - Linking-General - Mach-O Type 为 Static Library

手动编译为静态库 GMObjC.framework

**合并为 XCFramework：**通过xcodebuild -create-xcframework命令来合并为 XCFramework，通过合并 GMObjC 库的模拟器和真机版本来演示

# 创建合并包 GMObjC.xcframeworkxcodebuild -create-xcframework \-framework Release-iphoneos/GMObjC.framework \-framework Release-iphonesimulator/GMObjC.framework \-output GMObjC.xcframework

把生成的GMObjC.xcframework拖入项目即可

3.CocoaPods安装GMObjC (GMObjC-demo) (GMDynamic-demo)

GMObjC 和 GMDynamic 只能安装其中一个，二者不能同时安装。

GMObjC 为静态库，GMDynamic 为编译好的 GMObjC 动态库版本。

# 安装 GMObjC 的源码和 GMOpenSSL.xcframework (静态库)
pod 'GMObjC', '~> 4.0.3'# 当 Podfile 中使用 use_frameworks! 时，安装 GMObjC.xcframework (动态库)
pod 'GMDynamic', '~> 4.0.3'

方案二：使用第三方库（GmSSL）(demo)

集成GmSSL：

但是我用这种方法不行，我用了其他的方法。

我们使用GmSSL 3.x（master分支）来编译iOS的静态库（libcrypto.a和libssl.a）。由于3.x版本采用了CMake构建系统，因此流程与2.x不同。

GmSSL 3.x 的构建系统已经发生了变化，生成的库文件名为 libgmssl.a 而不是传统的 libcrypto.a 和 libssl.a。

如果项目必须使用 libcrypto.a 和 libssl.a，请回退到 GmSSL 2.x

克隆代码并切换到master分支（或最新的稳定标签）
配置CMake工具链文件（为iOS交叉编译）
分别编译arm64（真机）和x86_64（模拟器）架构
使用lipo合并成通用静态库
将生成的静态库和头文件集成到iOS项目中。

创建编译脚本： build_ios.sh（放在GmSSL根目录）

#!/bin/bash
set -e# 确保使用正确的路径
export PATH="/usr/local/bin:$PATH"# 设置环境变量
export XCODE_PATH=$(xcode-select -p)
export IOS_SDK=$XCODE_PATH/Platforms/iPhoneOS.platform/Developer/SDKs/iPhoneOS.sdk
export SIM_SDK=$XCODE_PATH/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator.sdk# 创建输出目录
OUTPUT_DIR="build-ios"
rm -rf $OUTPUT_DIR
mkdir -p $OUTPUT_DIR# 编译函数
compile_arch() {ARCH=$1SDK=$2BUILD_DIR="${OUTPUT_DIR}/${ARCH}"mkdir -p $BUILD_DIRpushd $BUILD_DIR > /dev/nullecho "▸ 配置 $ARCH..."cmake ../.. \-DCMAKE_SYSTEM_NAME=iOS \-DCMAKE_OSX_ARCHITECTURES=$ARCH \-DCMAKE_OSX_SYSROOT=$SDK \-DCMAKE_OSX_DEPLOYMENT_TARGET=13.0 \-DCMAKE_BUILD_TYPE=Release \-DBUILD_SHARED_LIBS=OFF \-DENABLE_SM2=ON \-DENABLE_SM3=ON \-DENABLE_SM4=ON \-DENABLE_SM9=ON \-G Ninjaecho "▸ 编译 $ARCH..."ninja# 关键修改：GmSSL 3.x 生成的库是 libgmssl.amkdir -p libcp bin/libgmssl.a lib/popd > /dev/null
}# 编译各架构
compile_arch "arm64" "$IOS_SDK"
compile_arch "x86_64" "$SIM_SDK"# 合并通用库
UNIVERSAL_DIR="${OUTPUT_DIR}/universal"
mkdir -p $UNIVERSAL_DIR/lib# 合并为单个库 (GmSSL 3.x 只生成一个库)
lipo -create \"${OUTPUT_DIR}/arm64/lib/libgmssl.a" \"${OUTPUT_DIR}/x86_64/lib/libgmssl.a" \-output "$UNIVERSAL_DIR/lib/libgmssl.a"# 复制头文件
if [ -d "${OUTPUT_DIR}/arm64/include" ]; thencp -R "${OUTPUT_DIR}/arm64/include" "$UNIVERSAL_DIR/"
elif [ -d "../../include" ]; thencp -R "../../include" "$UNIVERSAL_DIR/"
elseecho "⚠️ 警告: 找不到头文件目录"
fiecho "✅ 编译成功！"
echo "库文件位置: $UNIVERSAL_DIR/lib/libgmssl.a"
echo "头文件位置: $UNIVERSAL_DIR/include"# 验证文件
file "$UNIVERSAL_DIR/lib"/*.a
lipo -info "$UNIVERSAL_DIR/lib/libgmssl.a"

然后按照以下步骤进行执行：

# 安装构建工具
brew install cmake ninja pkg-config# 获取最新代码
git clone https://github.com/guanzhi/GmSSL.git
cd GmSSL
git checkout master  # 确保使用最新版本
git pull# 2. 执行编译
chmod +x build_ios.sh
./build_ios.sh

将GmSSL/build-ios/universal/lib/libgmssl.a 拖入项目
将GmSSL/include/gmssl 拖入项目
import “sm3.h”

封装方法：

@interface GmSSLEncryptorSM3 : NSObject+ (NSString *)sm3HashWithString:(NSString *)input;
+ (NSData *)sm3HashWithData:(NSData *)data;@end@implementation GmSSLEncryptorSM3+ (instancetype)encryptor {return [[GmSSLEncryptorSM3 alloc] init];
}+ (NSData *)sm3HashWithData:(NSData *)data {// 初始化 SM3 上下文SM3_CTX ctx;sm3_init(&ctx);// 添加数据到哈希计算sm3_update(&ctx, data.bytes, data.length);// 准备存储结果的缓冲区 (SM3 输出为 32 字节)uint8_t dgst[SM3_DIGEST_SIZE];// 完成哈希计算sm3_finish(&ctx, dgst);// 转换为 NSDatareturn [NSData dataWithBytes:dgst length:SM3_DIGEST_SIZE];
}+ (NSString *)sm3HashWithString:(NSString *)input {NSData *inputData = [input dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];// 计算 SM3 哈希NSData *hashData = [GmSSLEncryptorSM3 sm3HashWithData:inputData];// 转换为十六进制字符串显示NSMutableString *hexString = [NSMutableString string];const uint8_t *bytes = (const uint8_t *)hashData.bytes;for (NSUInteger i = 0; i < hashData.length; i++) {[hexString appendFormat:@"%02x", bytes[i]];}return hexString;
}
@end

就可以在项目中使用了：

NSString *encryptor = [GmSSLEncryptorSM3 sm3HashWithString:str];
NSLog(@"%@", encryptor);

方案三：纯 Objective-C 实现（无依赖）(demo)

SM3本质上不是加密算法，它是是一种杂凑函数，是在[SHA-256]基础上改进实现的一种算法，它不是对数据进行加密然后再解密，而是生成一个256位的散列值，因此SM3适用于内容摘要，数字签名验证或密码验证等。

SM3算法的执行过程：

根据SM3标准文档（GM/T 0004-2012）

**消息扩展：**将16个32位字扩展为68个字（W）和64个字（W1），使用P1宏。
**压缩函数：**64轮迭代更新寄存器（A-H），每轮使用FF1/GG1等宏。
**常量：**压缩函数中的常量0x7A879D8A（TJ的固定值）。
**结果输出：**将最终状态寄存器转换为大端序字节流（256位）。

//
//  SM3Encryptor.m
//  testDemo
//
//  Created by wt on 2025/6/12.
//#import "SM3Encryptor.h"
#include <stdint.h>// SM3 上下文结构
typedef struct {uint32_t state[8];   // 8个32位寄存器（A-H）uint64_t totalLength; // 总消息长度（位）uint8_t buffer[64];  // 当前数据块缓存uint32_t bufferLength; // 当前缓冲区长度
} SM3Context;// 循环左移
static inline uint32_t ROTL(uint32_t x, uint8_t n) {return (x << n) | (x >> (32 - n));
}// 布尔函数 FF0（0≤j≤15）
static inline uint32_t FF0(uint32_t x, uint32_t y, uint32_t z) {return x ^ y ^ z;
}// 布尔函数 FF1（16≤j≤63）
static inline uint32_t FF1(uint32_t x, uint32_t y, uint32_t z) {return (x & y) | (x & z) | (y & z);
}// 布尔函数 GG0（0≤j≤15）
static inline uint32_t GG0(uint32_t x, uint32_t y, uint32_t z) {return x ^ y ^ z;
}// 布尔函数 GG1（16≤j≤63）
static inline uint32_t GG1(uint32_t x, uint32_t y, uint32_t z) {return (x & y) | ((~x) & z);
}// 置换函数 P0
static inline uint32_t P0(uint32_t x) {return x ^ ROTL(x, 9) ^ ROTL(x, 17);
}// 置换函数 P1
static inline uint32_t P1(uint32_t x) {return x ^ ROTL(x, 15) ^ ROTL(x, 23);
}// 初始化SM3上下文
void SM3Init(SM3Context *context) {// SM3标准初始值context->state[0] = 0x7380166F;context->state[1] = 0x4914B2B9;context->state[2] = 0x172442D7;context->state[3] = 0xDA8A0600;context->state[4] = 0xA96F30BC;context->state[5] = 0x163138AA;context->state[6] = 0xE38DEE4D;context->state[7] = 0xB0FB0E4E;context->totalLength = 0;context->bufferLength = 0;memset(context->buffer, 0, 64);
}// 处理单个64字节块（压缩函数核心）
void SM3Compress(SM3Context *context, const uint8_t block[64]) {// 1. 消息扩展：16字 → 68字（W） + 64字（W1）uint32_t W[68], W1[64];// 初始化前16字（大端序转换）for (int i = 0; i < 16; i++) {W[i] = (uint32_t)block[i*4] << 24 |(uint32_t)block[i*4+1] << 16 |(uint32_t)block[i*4+2] << 8 |(uint32_t)block[i*4+3];}// 计算W[16]-W[67]for (int j = 16; j < 68; j++) {uint32_t temp = W[j-16] ^ W[j-9] ^ ROTL(W[j-3], 15);W[j] = P1(temp) ^ ROTL(W[j-13], 7) ^ W[j-6];}// 计算W1[0]-W1[63]for (int j = 0; j < 64; j++) {W1[j] = W[j] ^ W[j+4];}// 2. 寄存器初始化（A-H）uint32_t A = context->state[0];uint32_t B = context->state[1];uint32_t C = context->state[2];uint32_t D = context->state[3];uint32_t E = context->state[4];uint32_t F = context->state[5];uint32_t G = context->state[6];uint32_t H = context->state[7];// 3. 64轮迭代（严格遵循标准）for (int j = 0; j < 64; j++) {uint32_t SS1, SS2, TT1, TT2;// 常量选择（关键修正）uint32_t TJ = (j < 16) ? 0x79CC4519 : 0x7A879D8A;// 计算SS1/SS2（修正了TJ参数）SS1 = ROTL(ROTL(A, 12) + E + ROTL(TJ, j % 32), 7);SS2 = SS1 ^ ROTL(A, 12);// 计算TT1/TT2（使用内联函数）if (j < 16) {TT1 = FF0(A, B, C) + D + SS2 + W1[j];TT2 = GG0(E, F, G) + H + SS1 + W[j];} else {TT1 = FF1(A, B, C) + D + SS2 + W1[j];TT2 = GG1(E, F, G) + H + SS1 + W[j];}// 更新寄存器（严格顺序）D = C;C = ROTL(B, 9);B = A;A = TT1;H = G;G = ROTL(F, 19);F = E;E = P0(TT2);}// 4. 更新最终状态（与初始IV异或）context->state[0] ^= A;context->state[1] ^= B;context->state[2] ^= C;context->state[3] ^= D;context->state[4] ^= E;context->state[5] ^= F;context->state[6] ^= G;context->state[7] ^= H;
}// 更新数据（可分多次调用）
void SM3Update(SM3Context *context, const uint8_t *data, size_t length) {context->totalLength += length * 8; // 更新总位数（字节转位）// 处理缓冲区中的剩余空间if (context->bufferLength > 0) {size_t copySize = MIN(64 - context->bufferLength, length);memcpy(context->buffer + context->bufferLength, data, copySize);context->bufferLength += copySize;data += copySize;length -= copySize;if (context->bufferLength == 64) {SM3Compress(context, context->buffer);context->bufferLength = 0;}}// 处理完整块while (length >= 64) {SM3Compress(context, data);data += 64;length -= 64;}// 缓存剩余数据if (length > 0) {memcpy(context->buffer, data, length);context->bufferLength = length;}
}// 完成哈希计算
void SM3Final(SM3Context *context, uint8_t output[32]) {// 计算填充长度（SM3标准：补位1 + k个0 + 64位长度）size_t totalBits = context->totalLength;size_t paddingBits = (context->bufferLength < 56) ?(56 - context->bufferLength) :(120 - context->bufferLength);// 构建填充数据uint8_t padding[128] = {0};padding[0] = 0x80; // 补位起始位（二进制10000000）// 添加填充SM3Update(context, padding, paddingBits);// 添加消息长度（大端序64位）uint64_t bitCount = CFSwapInt64HostToBig(totalBits);SM3Update(context, (uint8_t *)&bitCount, 8);// 确保最后一个块被处理if (context->bufferLength > 0) {memset(context->buffer + context->bufferLength, 0, 64 - context->bufferLength);SM3Compress(context, context->buffer);}// 输出最终哈希（256位，大端序）for (int i = 0; i < 8; i++) {output[i*4]     = (uint8_t)(context->state[i] >> 24);output[i*4 + 1] = (uint8_t)(context->state[i] >> 16);output[i*4 + 2] = (uint8_t)(context->state[i] >> 8);output[i*4 + 3] = (uint8_t)(context->state[i]);}
}// Objective-C 封装接口
@implementation SM3Encryptor+ (NSData *)hashWithData:(NSData *)inputData {SM3Context context;SM3Init(&context);// 处理输入数据SM3Update(&context, inputData.bytes, inputData.length);// 获取结果uint8_t output[32];SM3Final(&context, output);return [NSData dataWithBytes:output length:32];
}+ (NSString *)hexStringWithData:(NSData *)inputData {NSData *hashData = [self hashWithData:inputData];const uint8_t *bytes = (const uint8_t *)hashData.bytes;NSMutableString *hex = [NSMutableString string];for (NSUInteger i = 0; i < hashData.length; i++) {[hex appendFormat:@"%02X", bytes[i]];}return [hex copy];
}+ (NSString *)hexStringWithInput:(NSString *)inputStr {NSData *inputData = [inputStr dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];NSData *hashData = [self hashWithData:inputData];const uint8_t *bytes = (const uint8_t *)hashData.bytes;NSMutableString *hex = [NSMutableString string];for (NSUInteger i = 0; i < hashData.length; i++) {[hex appendFormat:@"%02X", bytes[i]];}return [hex copy];
}@end