國(guó)密算法

• • • • • 概述
        • 1 SM1對(duì)稱密碼
        • 2 SM2橢圓曲線公鑰密碼算法
        • 3 SM3雜湊算法
        • 4 SM4對(duì)稱算法
        • 5 SM7對(duì)稱密碼
        • 6 SM9標(biāo)識(shí)密碼算法
        • 7 ZUC祖沖之算法
        • 總結(jié)

算法名稱算法類別應(yīng)用領(lǐng)域特點(diǎn)

SM1	對(duì)稱密碼算法	芯片	分組長(zhǎng)度、密鑰長(zhǎng)度均為 128 比特
SM2	公鑰密碼算法	加密	ECC橢圓曲線密碼機(jī)制256位 相比RSA，處理速度快，消耗更少
SM3	Hash函數(shù)算法	完整性	安全性及效率與SHA-256相當(dāng) 壓縮函數(shù)更復(fù)雜
SM4	對(duì)稱密碼算法	無(wú)線局域網(wǎng)產(chǎn)品	分組長(zhǎng)度、密鑰長(zhǎng)度均為 128 比特 計(jì)算輪數(shù)多
SM7	對(duì)稱密碼算法	非接觸式IC卡	分組長(zhǎng)度、密鑰長(zhǎng)度均為 128 比特
SM9	標(biāo)識(shí)密碼算法（IBE）	端對(duì)端離線安全通訊	加密強(qiáng)度等同于3072位密鑰的RSA加密算法
ZUC	序列密碼算法	移動(dòng)通信4G網(wǎng)絡(luò)	流密碼

概述

眾所周知，為了保障商用密碼的安全性，國(guó)家商用密碼管理辦公室制定了一系列密碼標(biāo)準(zhǔn)，包括SM1（SCB2）、SM2、SM3、SM4、SM7、SM9、祖沖之密碼算法（ZUC)那等等。
在金融領(lǐng)域目前主要使用公開(kāi)的SM2、SM3、SM4三種商用密碼算法，分別為非對(duì)稱加密算法、哈希算法和對(duì)稱加密算法。

其中SM1、SM4、SM7、祖沖之密碼（ZUC）是對(duì)稱算法；SM2、SM9是非對(duì)稱算法；SM3是哈希算法。目前，這些算法已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，期待有一天會(huì)有采用國(guó)密算法的區(qū)塊鏈應(yīng)用出現(xiàn)。

SM2，3，9已被納入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

其中SM1、SM7算法不公開(kāi)，調(diào)用該算法時(shí)，需要通過(guò)加密芯片的接口進(jìn)行調(diào)用；比較少人了解這些算法，在這里對(duì)這些國(guó)密算法做簡(jiǎn)單的科普

1 SM1對(duì)稱密碼

SM1 算法是分組密碼算法，分組長(zhǎng)度為128位，密鑰長(zhǎng)度都為 128 比特，算法安全保密強(qiáng)度及相關(guān)軟硬件實(shí)現(xiàn)性能與 AES 相當(dāng)，算法不公開(kāi)，僅以IP核的形式存在于芯片中。

采用該算法已經(jīng)研制了系列芯片、智能IC卡、智能密碼鑰匙、加密卡、加密機(jī)等安全產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于電子政務(wù)、電子商務(wù)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域（包括國(guó)家政務(wù)通、警務(wù)通等重要領(lǐng)域）。

2 SM2橢圓曲線公鑰密碼算法

SM2算法就是ECC橢圓曲線密碼機(jī)制，但在簽名、密鑰交換方面不同于ECDSA、ECDH等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，而是采取了更為安全的機(jī)制。另外，SM2推薦了一條256位的曲線作為標(biāo)準(zhǔn)曲線。
SM2標(biāo)準(zhǔn)包括總則，數(shù)字簽名算法，密鑰交換協(xié)議，公鑰加密算法四個(gè)部分，并在每個(gè)部分的附錄詳細(xì)說(shuō)明了實(shí)現(xiàn)的相關(guān)細(xì)節(jié)及示例。
SM2性能更優(yōu)更安全：密碼復(fù)雜度高、處理速度快、機(jī)器性能消耗更小

SM2算法主要考慮素域Fp和F2m上的橢圓曲線，分別介紹了這兩類域的表示，運(yùn)算，以及域上的橢圓曲線的點(diǎn)的表示，運(yùn)算和多倍點(diǎn)計(jì)算算法。然后介紹了編程語(yǔ)言中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，包括整數(shù)和字節(jié)串，字節(jié)串和比特串，域元素和比特串，域元素和整數(shù)，點(diǎn)和字節(jié)串之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則。

詳細(xì)說(shuō)明了有限域上橢圓曲線的參數(shù)生成以及驗(yàn)證，橢圓曲線的參數(shù)包括有限域的選取，橢圓曲線方程參數(shù)，橢圓曲線群基點(diǎn)的選取等，并給出了選取的標(biāo)準(zhǔn)以便于驗(yàn)證。最后給橢圓曲線上密鑰對(duì)的生成以及公鑰的驗(yàn)證，用戶的密鑰對(duì)為（s，sP），其中s為用戶的私鑰，sP為用戶的公鑰，由于離散對(duì)數(shù)問(wèn)題從sP難以得到s，并針對(duì)素域和二元擴(kuò)域給出了密鑰對(duì)生成細(xì)節(jié)和驗(yàn)證方式。總則中的知識(shí)也適用于SM9算法。

在總則的基礎(chǔ)上給出了數(shù)字簽名算法（包括數(shù)字簽名生成算法和驗(yàn)證算法），密鑰交換協(xié)議以及公鑰加密算法（包括加密算法和解密算法），并在每個(gè)部分給出了算法描述，算法流程和相關(guān)示例。
數(shù)字簽名算法，密鑰交換協(xié)議以及公鑰加密算法都使用了國(guó)家密管理局批準(zhǔn)的SM3密碼雜湊算法和隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。數(shù)字簽名算法，密鑰交換協(xié)議以及公鑰加密算法根據(jù)總則來(lái)選取有限域和橢圓曲線，并生成密鑰對(duì)。
SM2算法在很多方面都優(yōu)于RSA算法（RSA發(fā)展得早應(yīng)用普遍，SM2領(lǐng)先也很自然），與RSA安全性對(duì)比如下圖

3 SM3雜湊算法

SM3安全性高：壓縮函數(shù)更復(fù)雜

Hash函數(shù)的性質(zhì)

• 抗第一原像（單向性）：對(duì)于給定的hash值h，要找到M使得H（M）=h在計(jì)算上是不可行的
• 抗第二原像（抗弱碰撞性）：對(duì)于給定的消息M1，要發(fā)現(xiàn)另一個(gè)消息M2，滿足H（M1）=H（M2）在計(jì)算上是不可行的
• 抗強(qiáng)碰撞性：找任意一對(duì)不同消息M1、M2，使H（M1）=H（M2）在計(jì)算上是不可行的

SM3****密碼雜湊（哈希、散列）算法給出了雜湊函數(shù)算法的計(jì)算方法和計(jì)算步驟，并給出了運(yùn)算示例。此算法適用于商用密碼應(yīng)用中的數(shù)字簽名和驗(yàn)證，消息認(rèn)證碼的生成與驗(yàn)證以及隨機(jī)數(shù)的生成，可滿足多種密碼應(yīng)用的安全需求。在SM2，SM9標(biāo)準(zhǔn)中使用。

此算法對(duì)輸入長(zhǎng)度小于2的64次方的比特消息，經(jīng)過(guò)填充和迭代壓縮，生成長(zhǎng)度為256比特的雜湊值， 安全性及效率與SHA-256相當(dāng)。其中使用了異或，模，模加，移位，與，或，非運(yùn)算，由填充，迭代過(guò)程，消息擴(kuò)展和壓縮函數(shù)所構(gòu)成。具體算法及運(yùn)算示例見(jiàn)SM3標(biāo)準(zhǔn)。

4 SM4對(duì)稱算法

SM4更安全：計(jì)算輪數(shù)多、增加非線性變化

此算法是一個(gè)分組算法，用于無(wú)線局域網(wǎng)產(chǎn)品。該算法的分組長(zhǎng)度為128比特，密鑰長(zhǎng)度為128比特。加密算法與密鑰擴(kuò)展算法都采用32輪非線性迭代結(jié)構(gòu)。解密算法與加密算法的結(jié)構(gòu)相同，只是輪密鑰的使用順序相反，解密輪密鑰是加密輪密鑰的逆序。

此算法采用非線性迭代結(jié)構(gòu)，每次迭代由一個(gè)輪函數(shù)給出，其中輪函數(shù)由一個(gè)非線性變換和線性變換復(fù)合而成，非線性變換由S盒所給出。其中rki為輪密鑰，合成置換T組成輪函數(shù)。輪密鑰的產(chǎn)生與上圖流程類似，由加密密鑰作為輸入生成，輪函數(shù)中的線性變換不同，還有些參數(shù)的區(qū)別。SM4算法的具體描述和示例見(jiàn)SM4標(biāo)準(zhǔn)。

5 SM7對(duì)稱密碼

SM7算法，是一種分組密碼算法，分組長(zhǎng)度為128比特，密鑰長(zhǎng)度為128比特。SM7適用于非接觸式IC卡，應(yīng)用包括身份識(shí)別類應(yīng)用(門禁卡、工作證、參賽證)，票務(wù)類應(yīng)用(大型賽事門票、展會(huì)門票)，支付與通卡類應(yīng)用（積分消費(fèi)卡、校園一卡通、企業(yè)一卡通等）。

6 SM9標(biāo)識(shí)密碼算法

為了降低公開(kāi)密鑰系統(tǒng)中密鑰和證書管理的復(fù)雜性，以色列科學(xué)家、RSA算法發(fā)明人之一Adi Shamir在1984年提出了標(biāo)識(shí)密碼（Identity-Based Cryptography）的理念。標(biāo)識(shí)密碼將用戶的標(biāo)識(shí)（如郵件地址、手機(jī)號(hào)碼、QQ號(hào)碼等）作為公鑰，省略了交換數(shù)字證書和公鑰過(guò)程，使得安全系統(tǒng)變得易于部署和管理，非常適合端對(duì)端離線安全通訊、云端數(shù)據(jù)加密、基于屬性加密、基于策略加密的各種場(chǎng)合。2008年標(biāo)識(shí)密碼算法正式獲得國(guó)家密碼管理局頒發(fā)的商密算法型號(hào)：SM9(商密九號(hào)算法)，為我國(guó)標(biāo)識(shí)密碼技術(shù)的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，加密強(qiáng)度等同于3072位密鑰的RSA加密算法。

SM9算法不需要申請(qǐng)數(shù)字證書，適用于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的各種新興應(yīng)用的安全保障。如基于云技術(shù)的密碼服務(wù)、電子郵件安全、智能終端保護(hù)、物聯(lián)網(wǎng)安全、云存儲(chǔ)安全等等。這些安全應(yīng)用可采用手機(jī)號(hào)碼或郵件地址作為公鑰，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密、身份認(rèn)證、通話加密、通道加密等安全應(yīng)用，并具有使用方便，易于部署的特點(diǎn)，從而開(kāi)啟了普及密碼算法的大門。

7 ZUC祖沖之算法

祖沖之序列密碼算法是中國(guó)自主研究的**流密碼算法,**是運(yùn)用于移動(dòng)通信4G網(wǎng)絡(luò)中的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)密碼算法,該算法包括祖沖之算法(ZUC)、加密算法(128-EEA3)和完整性算法(128-EIA3)三個(gè)部分。目前已有對(duì)ZUC算法的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)，有專門針對(duì)128-EEA3和128-EIA3的硬件實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化。

總結(jié)

密碼算法作為國(guó)家戰(zhàn)略資源，比歷史上任何時(shí)候都顯得更為關(guān)鍵。在大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的時(shí)代，關(guān)鍵信息往往通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在海量數(shù)據(jù)中獲得，所以每一個(gè)人的信息保護(hù)都非常重要。

轉(zhuǎn)載鏈接：https://m.qukuaiwang.com.cn/news/2271.html

參考鏈接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/34618269

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的[国密算法]一文了解国密算法的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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