國密算法

• • • • • 概述
        • 1 SM1對稱密碼
        • 2 SM2橢圓曲線公鑰密碼算法
        • 3 SM3雜湊算法
        • 4 SM4對稱算法
        • 5 SM7對稱密碼
        • 6 SM9標識密碼算法
        • 7 ZUC祖沖之算法
        • 總結

算法名稱算法類別應用領域特點

SM1	對稱密碼算法	芯片	分組長度、密鑰長度均為 128 比特
SM2	公鑰密碼算法	加密	ECC橢圓曲線密碼機制256位 相比RSA，處理速度快，消耗更少
SM3	Hash函數算法	完整性	安全性及效率與SHA-256相當 壓縮函數更復雜
SM4	對稱密碼算法	無線局域網產品	分組長度、密鑰長度均為 128 比特 計算輪數多
SM7	對稱密碼算法	非接觸式IC卡	分組長度、密鑰長度均為 128 比特
SM9	標識密碼算法（IBE）	端對端離線安全通訊	加密強度等同于3072位密鑰的RSA加密算法
ZUC	序列密碼算法	移動通信4G網絡	流密碼

概述

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

其中SM1、SM4、SM7、祖沖之密碼（ZUC）是對稱算法；SM2、SM9是非對稱算法；SM3是哈希算法。目前，這些算法已廣泛應用于各個領域中，期待有一天會有采用國密算法的區塊鏈應用出現。

SM2，3，9已被納入國際標準

其中SM1、SM7算法不公開，調用該算法時，需要通過加密芯片的接口進行調用；比較少人了解這些算法，在這里對這些國密算法做簡單的科普

1 SM1對稱密碼

SM1 算法是分組密碼算法，分組長度為128位，密鑰長度都為 128 比特，算法安全保密強度及相關軟硬件實現性能與 AES 相當，算法不公開，僅以IP核的形式存在于芯片中。

采用該算法已經研制了系列芯片、智能IC卡、智能密碼鑰匙、加密卡、加密機等安全產品，廣泛應用于電子政務、電子商務及國民經濟的各個應用領域（包括國家政務通、警務通等重要領域）。

2 SM2橢圓曲線公鑰密碼算法

SM2算法就是ECC橢圓曲線密碼機制，但在簽名、密鑰交換方面不同于ECDSA、ECDH等國際標準，而是采取了更為安全的機制。另外，SM2推薦了一條256位的曲線作為標準曲線。
SM2標準包括總則，數字簽名算法，密鑰交換協議，公鑰加密算法四個部分，并在每個部分的附錄詳細說明了實現的相關細節及示例。
SM2性能更優更安全：密碼復雜度高、處理速度快、機器性能消耗更小

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，運算，以及域上的橢圓曲線的點的表示，運算和多倍點計算算法。然后介紹了編程語言中的數據轉換，包括整數和字節串，字節串和比特串，域元素和比特串，域元素和整數，點和字節串之間的數據轉換規則。

詳細說明了有限域上橢圓曲線的參數生成以及驗證，橢圓曲線的參數包括有限域的選取，橢圓曲線方程參數，橢圓曲線群基點的選取等，并給出了選取的標準以便于驗證。最后給橢圓曲線上密鑰對的生成以及公鑰的驗證，用戶的密鑰對為（s，sP），其中s為用戶的私鑰，sP為用戶的公鑰，由于離散對數問題從sP難以得到s，并針對素域和二元擴域給出了密鑰對生成細節和驗證方式。總則中的知識也適用于SM9算法。

在總則的基礎上給出了數字簽名算法（包括數字簽名生成算法和驗證算法），密鑰交換協議以及公鑰加密算法（包括加密算法和解密算法），并在每個部分給出了算法描述，算法流程和相關示例。
數字簽名算法，密鑰交換協議以及公鑰加密算法都使用了國家密管理局批準的SM3密碼雜湊算法和隨機數發生器。數字簽名算法，密鑰交換協議以及公鑰加密算法根據總則來選取有限域和橢圓曲線，并生成密鑰對。
SM2算法在很多方面都優于RSA算法（RSA發展得早應用普遍，SM2領先也很自然），與RSA安全性對比如下圖

3 SM3雜湊算法

SM3安全性高：壓縮函數更復雜

Hash函數的性質

• 抗第一原像（單向性）：對于給定的hash值h，要找到M使得H（M）=h在計算上是不可行的
• 抗第二原像（抗弱碰撞性）：對于給定的消息M1，要發現另一個消息M2，滿足H（M1）=H（M2）在計算上是不可行的
• 抗強碰撞性：找任意一對不同消息M1、M2，使H（M1）=H（M2）在計算上是不可行的

SM3****密碼雜湊（哈希、散列）算法給出了雜湊函數算法的計算方法和計算步驟，并給出了運算示例。此算法適用于商用密碼應用中的數字簽名和驗證，消息認證碼的生成與驗證以及隨機數的生成，可滿足多種密碼應用的安全需求。在SM2，SM9標準中使用。

此算法對輸入長度小于2的64次方的比特消息，經過填充和迭代壓縮，生成長度為256比特的雜湊值， 安全性及效率與SHA-256相當。其中使用了異或，模，模加，移位，與，或，非運算，由填充，迭代過程，消息擴展和壓縮函數所構成。具體算法及運算示例見SM3標準。

4 SM4對稱算法

SM4更安全：計算輪數多、增加非線性變化

此算法是一個分組算法，用于無線局域網產品。該算法的分組長度為128比特，密鑰長度為128比特。加密算法與密鑰擴展算法都采用32輪非線性迭代結構。解密算法與加密算法的結構相同，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構，每次迭代由一個輪函數給出，其中輪函數由一個非線性變換和線性變換復合而成，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。輪密鑰的產生與上圖流程類似，由加密密鑰作為輸入生成，輪函數中的線性變換不同，還有些參數的區別。SM4算法的具體描述和示例見SM4標準。

5 SM7對稱密碼

SM7算法，是一種分組密碼算法，分組長度為128比特，密鑰長度為128比特。SM7適用于非接觸式IC卡，應用包括身份識別類應用(門禁卡、工作證、參賽證)，票務類應用(大型賽事門票、展會門票)，支付與通卡類應用（積分消費卡、校園一卡通、企業一卡通等）。

6 SM9標識密碼算法

為了降低公開密鑰系統中密鑰和證書管理的復雜性，以色列科學家、RSA算法發明人之一Adi Shamir在1984年提出了標識密碼（Identity-Based Cryptography）的理念。標識密碼將用戶的標識（如郵件地址、手機號碼、QQ號碼等）作為公鑰，省略了交換數字證書和公鑰過程，使得安全系統變得易于部署和管理，非常適合端對端離線安全通訊、云端數據加密、基于屬性加密、基于策略加密的各種場合。2008年標識密碼算法正式獲得國家密碼管理局頒發的商密算法型號：SM9(商密九號算法)，為我國標識密碼技術的應用奠定了堅實的基礎，加密強度等同于3072位密鑰的RSA加密算法。

SM9算法不需要申請數字證書，適用于互聯網應用的各種新興應用的安全保障。如基于云技術的密碼服務、電子郵件安全、智能終端保護、物聯網安全、云存儲安全等等。這些安全應用可采用手機號碼或郵件地址作為公鑰，實現數據加密、身份認證、通話加密、通道加密等安全應用，并具有使用方便，易于部署的特點，從而開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自主研究的**流密碼算法,**是運用于移動通信4G網絡中的國際標準密碼算法,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)三個部分。目前已有對ZUC算法的優化實現，有專門針對128-EEA3和128-EIA3的硬件實現與優化。

總結

密碼算法作為國家戰略資源，比歷史上任何時候都顯得更為關鍵。在大數據和云計算的時代，關鍵信息往往通過數據挖掘技術在海量數據中獲得，所以每一個人的信息保護都非常重要。

轉載鏈接：https://m.qukuaiwang.com.cn/news/2271.html

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

總結

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