前言
在密碼學(xué)領(lǐng)域，有多種加密與簽名算法，它們在信息安全領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。如今，隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)安全已經(jīng)成為各類信息系統(tǒng)完整性、可用性、保密性的重要保障，越來越多的國產(chǎn)密碼算法得到了廣泛的應(yīng)用與關(guān)注。在本文中，我們將重點介紹三個經(jīng)典的國產(chǎn)密碼算法：SM2、SM3和SM4，國密是國家密碼管理局正式發(fā)布的國產(chǎn)密碼算法。本文主要針對SM2、SM3、SM4進行詳細且系統(tǒng)的介紹，幫助大家快速掌握國密算法。
一、國密算法簡介
國密算法是中國國家密碼管理局頒布的密碼算法標準，包括SM2、SM3、SM4等算法。這些算法屬于非對稱加密算法，意味著加密與解密的密鑰是不同的。與其他國際知名的加密算法相比，國密算法具有更好的安全性和性能。其中，SM2算法是國密橢圓曲線密碼算法，類似于RSA、ECC; SM3算法是國密Hash算法，類似于SHA256; SM4算法是國密分組密碼算法，類似于AES。
二、SM2算法
2.1 基本概念
SM2密碼算法是國產(chǎn)密碼算法標準，是一種基于橢圓曲線密碼（ECC，Elliptic Curve Cryptography）的公鑰密碼，橢圓曲線密碼是非對稱密碼的一種，具有更高的安全性與更低的計算復(fù)雜性。SM2密碼算法實際上是在ECC的基礎(chǔ)上制定的一套密碼系統(tǒng)標準。且相比于RSA算法、DSA算法等具有更高的密鑰強度，因此在信息安全領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
2.1.1 密鑰對
密鑰對是SM2算法中使用的公鑰和私鑰的組合，其中公鑰用于加密數(shù)據(jù)，而私鑰用于解密數(shù)據(jù)。私鑰是一組秘密的隨機數(shù)，而公鑰則是私鑰與橢圓曲線上一點的乘積。
2.1.2 曲線
國密SM2算法采用的是橢圓曲線離散對數(shù)問題（ECDLP），橢圓曲線的選取是有限域能夠保證算法的安全性。具體的曲線參數(shù)是國家密碼管理局推薦的一組參數(shù)。
2.2 數(shù)字簽名
SM2算法的數(shù)字簽名分為兩個過程：簽名和驗簽。
2.2.1 簽名過程
簽名過程包括以下幾個步驟：
生成隨機數(shù)k;
計算橢圓曲線上點(x1, y1)，其中(x1, y1) = k * G。G是橢圓曲線上的一個基點;
計算 r = (Mhash + x1) % n，其中 Mhash 為待簽名消息的 SM3 Hash值，n 為橢圓曲線的階;
計算簽名值s = 1 / (k ? rd) % n，其中 d為私鑰.
最終，簽名值為(r, s)。
2.2.2 驗簽過程
驗簽過程有以下幾個步驟：
計算橢圓曲線上點Qa = d * G，其中d為私鑰;
計算橢圓曲線上點R = s * G + r * Qa;
計算R.hash % n；
如果R == Mhash，則驗證通過。
2.3 密鑰交換協(xié)議
密鑰交換協(xié)議是指兩個用戶在公共信道上，根據(jù)一定的協(xié)議生成一對臨時的密鑰對，并只有他們之間能知道這對密鑰的具體值。SM2算法通過三個步驟來完成密鑰交換協(xié)議。
2.3.1 三個步驟
密鑰協(xié)商
確認交換密鑰的完整性
雙方驗證對方的確認值
2.3.2 密鑰協(xié)商
雙方各自生成一個臨時密鑰對，并發(fā)出請求: 甲方發(fā)出密鑰協(xié)商請求，乙方接收后生成一個臨時密鑰，并將消息發(fā)給甲方。甲方產(chǎn)生一個臨時公鑰。
2.3.3 確認交換密鑰的完整性
甲乙雙方采用對方的臨時公鑰和自己的私鑰計算出一個共享密鑰，并使用SM3算法對共享密鑰進行哈希得到確認值。然后將確認值發(fā)送給對方，以確保交換的密鑰完整性。
2.4 數(shù)字信封
數(shù)字信封是指在公共信道上傳輸數(shù)據(jù)時，使用對稱加密算法對數(shù)據(jù)進行加密，并將加密后的數(shù)據(jù)和加密所使用的密鑰分別用接收方的公鑰和私鑰進行加密，然后發(fā)送給接收方。接收方使用自己的私鑰解密出加密密鑰，并使用該密鑰解密出原始數(shù)據(jù)。
SM2算法可以用于數(shù)字信封的加密和解密過程，其中加密過程如下：
隨機生成一個對稱密鑰K;
使用SM4算法對明文數(shù)據(jù)進行加密得到密文C;
使用接收方的公鑰對密鑰K進行加密得到E(K);
將E(K)和C合并成數(shù)字信封并發(fā)送給接收方。
解密過程如下：
使用自己的私鑰解密出E(K)，得到對稱密鑰K;
使用SM4算法對密文C進行解密得到明文數(shù)據(jù)。
三、SM3算法
3.1 基本概念
SM3算法是中國國密標準中的Hash算法，用于將任意長度的消息壓縮成一個固定長度的摘要。它的輸出長度為256位，與SHA-256算法相同。
3.2 過程
SM3算法的過程主要包括Hash函數(shù)、填充、初始化摘要值、分組和迭代。
3.2.1 Hash函數(shù)
Hash函數(shù)是SM3算法中的核心部分，它由四個基本的壓縮函數(shù)和一個異或函數(shù)組成。SM3算法中使用了類似于SHA-256的迭代壓縮算法，將消息分組后依次進行壓縮，并將最終的壓縮結(jié)果組合成256位的摘要值。
3.2.2 填充
SM3算法使用了和SHA-256相似的填充方式，將消息填充至512位的整數(shù)倍。填充方式為將消息的末尾添加一個1，然后添加若干個0，使得消息長度滿足對512取模為448，最后在末尾添加一個64位的長度值，表示消息的長度。
3.2.3 初始化摘要值
SM3算法中，摘要值的初始值由八個16進制數(shù)構(gòu)成，這些數(shù)是由國家密碼管理局推薦的。
3.2.4 分組
SM3算法將填充后的消息分成512位的分組，并依次進行Hash運算。
3.2.5 迭代
SM3算法中，每個分組都會進行一次迭代，迭代過程包括消息擴展、壓縮和更新摘要值。
四、SM4算法
4.1 基本概念
SM4算法是中國國密標準中的分組密碼算法，用于加密和解密數(shù)據(jù)。它的密鑰長度為128位，分組長度為128位，類似于AES算法。
4.2 過程
SM4算法的過程主要包括加密過程和解密過程。
4.2.1 加密過程
SM4算法的加密過程包括以下幾個步驟：
使用密鑰擴展算法生成輪密鑰;
將明文數(shù)據(jù)分成128位的分組;
對每個分組進行加密，包括輪函數(shù)、置換和輪密鑰加;
輸出密文數(shù)據(jù)。
4.2.2 解密過程
SM4算法的解密過程與加密過程相似，只是輪密鑰的使用順序與加密過程相反。具體步驟如下：
使用密鑰擴展算法生成輪密鑰;
將密文數(shù)據(jù)分成128位的分組;
對每個分組進行解密，包括輪函數(shù)、置換和輪密鑰加;
輸出明文數(shù)據(jù)。
4.2.3 子密鑰生成
SM4算法中，輪密鑰的生成是通過密鑰擴展算法實現(xiàn)的。該算法將128位的密鑰擴展成32個輪密鑰，每個輪密鑰為32位。具體步驟如下：文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-530165.html
將輸入的128位密鑰分成4個32位的子密鑰;
使用S盒和非線性變換對子密鑰進行變換;
通過線性變換和置換生成每個輪密鑰。
總結(jié)
國密算法是中國國家密碼管理局頒布的密碼算法標準，包括SM2、SM3、SM4等算法。這些算法具有更好的安全性和性能，逐漸被廣泛應(yīng)用。其中，SM2算法是中國國密橢圓曲線密碼算法，類似于RSA、ECC; SM3算法是中國國密Hash算法，類似于SHA256; SM4算法是中國國密分組密碼算法，類似于AES。了解這些算法的基本概念和過程，對于加強數(shù)據(jù)安全具有重要的作用。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-530165.html
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