【密码学】国密算法简介

日常工作中常见的密码有以下几类：

密码分类	国产商用密码	国际商用密码
分组加密/块加密	SM1/SCB2 SM4/SMS4 SM7	DES IDEA AES RC5 RC6
序列加密/流加密	ZUC SSF46	RC4
大数分解		RSA DSA ECDSA Rabin
离散对数	SM2 SM9	DH DSA ECC ECDH
杂凑/散列	SM3	MD5 SHA-1 SHA-2

下面逐个介绍下国密算法：

SM1是一种分组加密算法

对称加密算法中的分组加密算法，其分组长度、秘钥长度都是128bit，算法安全保密强度跟 AES 相当，但是算法不公开，仅以IP核的形式存在于芯片中，需要通过加密芯片的接口进行调用。

采用该算法已经研制了系列芯片、智能IC卡、智能密码钥匙、加密卡、加密机等安全产品，广泛应用于电子政务、电子商务及国民经济的各个应用领域(包括国家政务通、警务通等重要领域)。

SM2是非对称加密算法

它是基于椭圆曲线密码的公钥密码算法标准，其秘钥长度256bit，包含数字签名、密钥交换和公钥加密，用于替换RSA/DH/ECDSA/ECDH等国际算法。可以满足电子认证服务系统等应用需求，由国家密码管理局于2010年12月17号发布。

SM2采用的是ECC 256位的一种，其安全强度比RSA 2048位高，且运算速度快于RSA。

SM3是一种密码杂凑算法

用于替代MD5/SHA-1/SHA-2等国际算法，适用于数字签名和验证、消息认证码的生成与验证以及随机数的生成，可以满足电子认证服务系统等应用需求，于2010年12月17日发布。

它是在SHA-256基础上改进实现的一种算法，采用Merkle-Damgard结构，消息分组长度为512bit，输出的摘要值长度为256bit。

SM4是分组加密算法

跟SM1类似，是我国自主设计的分组对称密码算法，用于替代DES/AES等国际算法。SM4算法与AES算法具有相同的密钥长度、分组长度，都是128bit。于2012年3月21日发布，适用于密码应用中使用分组密码的需求。

SM7也是一种分组加密算法

该算法没有公开。SM7适用于非接IC卡应用包括身份识别类应用(门禁卡、工作证、参赛证)，票务类应用(大型赛事门票、展会门票)，支付与通卡类应用(积分消费卡、校园一卡通、企业一卡通、公交一卡通)。

SM9是基于标识的非对称密码算法

用椭圆曲线对实现的基于标识的数字签名算法、密钥交换协议、密钥封装机制和公钥加密与解密算法，包括数字签名生成算法和验证算法，并给出了数字签名与验证算法及其相应的流程。并提供了相应的流程。可以替代基于数字证书的PKI/CA体系。

SM9主要用于用户的身份认证。据新华网公开报道，SM9的加密强度等同于3072位密钥的RSA加密算法，于2016年3月28日发布。

2、国密算法的安全性

SM2算法：SM2椭圆曲线公钥密码算法是我国自主设计的公钥密码算法，包括SM2-1椭圆曲线数字签名算法，SM2-2椭圆曲线密钥交换协议，SM2-3椭圆曲线公钥加密算法，分别用于实现数字签名密钥协商和数据加密等功能。SM2算法与RSA算法不同的是，SM2算法是基于椭圆曲线上点群离散对数难题，相对于RSA算法，256位的SM2密码强度已经比2048位的RSA密码强度要高。

SM3算法：SM3杂凑算法是我国自主设计的密码杂凑算法，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，可满足多种密码应用的安全需求。为了保证杂凑算法的安全性，其产生的杂凑值的长度不应太短，例如MD5输出128比特杂凑值，输出长度太短，影响其安全性。SHA-1算法的输出长度为160比特，SM3算法的输出长度为256比特，因此SM3算法的安全性要高于MD5算法和SHA-1算法。

SM4算法：SM4分组密码算法是我国自主设计的分组对称密码算法，用于实现数据的加密/解密运算，以保证数据和信息的机密性。要保证一个对称密码算法的安全性的基本条件是其具备足够的密钥长度，SM4算法与AES算法具有相同的密钥长度分组长度128比特，因此在安全性上高于3DES算法。

随着国密算法推广的延伸，金融领域引入SM2、SM3、SM4等算法逐步替换原有的RSA、ECC等国外算法。现有银联银行卡联网、银联IC两项规范都引入了国密算法相关要求。

基于Go语言的国密算法：

同济研究院国密算法

SM2: 国密椭圆曲线算法库
. 支持Generate Key, Sign, Verify基础操作
. 支持加密和不加密的pem文件格式(加密方法参见RFC5958, 具体实现参加代码)
. 支持证书的生成，证书的读写(接口兼容rsa和ecdsa的证书)
. 支持证书链的操作(接口兼容rsa和ecdsa)
. 支持crypto.Signer接口

SM3: 国密Hash算法库(摘要算法)
. 支持基础的sm3Sum操作
. 支持hash.Hash接口

SM4: 国密分组密码算法库
. 支持Generate Key, Encrypt, Decrypt基础操作
. 提供Cipher.Block接口
. 支持加密和不加密的pem文件格式(加密方法为pem block加密, 具体函数为x509.EncryptPEMBlock)

Fabric的国密扩展方法

一种是基于Fabric本身扩展国密包。这种改法不用对Golang标准库做任何地改动，所有的修改都> 在Fabric项目源码上进行；
其一，把国密的库进行移植，封装gm-crypto；
其二，扩展Fabric现有的bccsp模块；
其三，修改x509证书相关的地方。

Fabric-CA主要是为了实现对加入联盟链的成员的身份控制以及数据生成保管。Fabric-CA中，Lib，主要是接口的实现，主要在解析申请证书请求以及签发证书流程要替换为国密算法；Util，该包数据工具类，主要在证书的编解码等操作中扩展国密算法；Vendor中，替换对Fabric的包的引用，提供对国密算法的支持

在Fabric中扩展国密算法，大概有以下几个方面：第一，Fabric框架扩展支持国密算法；第二，Fabric-CA扩展支持国密算法；第三，Fabric-SDK扩展支持国密算法；第四，fabric-baseimage、fabric-baseos镜像扩展支持国密算法；第五，Fabirc框架扩展支持加载.so库。”

另一种方法是基于Golang标准库扩展国密。这种方案是直接扩充Golang标准库，改法更为清晰。

GMT正式标准

这里面有全套的国密算法标准文档，不是由官方维护，不清楚里面是否包含了所有的最新标准文档。文档库中的文档非常多，比如GMT正式标准下就有69个标准文档：
【回复后查看】

里面包含了SM2/SM3/SM4等密码算法标准及其应用规范。“SM”代表“商密”，即用于商用的、不涉及国家秘密的密码技术。其中SM2为基于椭圆曲线密码的公钥密码算法标准，包含数字签名、密钥交换和公钥加密，用于替换RSA/Diffie-Hellman/ECDSA/ECDH等国际算法；SM3为密码哈希算法，用于替代MD5/SHA-1/SHA-256等国际算法；SM4为分组密码，用于替代DES/AES等国际算法；SM9为基于身份的密码算法，可以替代基于数字证书的PKI/CA体系。

看到这一堆的标准文档，是不是有点发怵。别慌，目前已经有国密算法的开源实现，这个项目就是GmSSL。该项目有一个官方网站：

【回复后查看】

里面有许多对于程序员而言非常有用的信息。从中我们可以了解到，GmSSL项目由北京大学关志副研究员的密码学研究组开发维护，项目源码托管于GitHub：

【回复后查看】

GmSSL是一个开源的密码库以及工具箱，支持SM2/SM3/SM4/SM9/ZUC等国密(国家商用密码)算法、SM2国密数字证书及基于SM2证书的SSL/TLS安全通信协议，支持国密硬件密码设备，提供符合国密规范的编程接口与命令行工具，可以用于构建PKI/CA、安全通信、数据加密等符合国密标准的安全应用。

GmSSL是从鼎鼎大名的开源安全库 OpenSSL fork而来，研究其源码可以看出它是基于OpenSSL 1.1.0d开发。GmSSL与OpenSSL保持接口兼容，理论上使用OpenSSL库的产品，可以直接使用GmSSL替换。GmSSL项目采用对商业应用友好的类BSD开源许可证，无论是在开源项目，还是闭源的商业应用中，都可以放心使用，不必担心授权问题。