SM? SM1? SM2? SM3? SM4?

Java技术编程

发布于 2021-03-04 14:30:55

2.4K0

发布于 2021-03-04 14:30:55

文章被收录于专栏：Java技术编程

最近看了一个项目的代码，用到了SM2，SM3，SM4，瞬间懵逼，一会用SM2，一会用SM3，一会又用SM4，SM？？？

简单来说，SM2，SM3，SM4 是国家密码局认定的国产密码算法，当然除了这几个算法，还有SM1，SM7，SM9，祖冲之密码算法等。

本文重点是SM算法的Java实现，并不是研究这几种算法的原理以及和其他算法的比较等。

这里简单介绍下这几种SM算法，先有个大概的印象：

SM1

它是一种对称加密算法中的分组加密算法，分组长度、秘钥长度都是128位，和国际上通用的 AES, DES一样，SM1 算法目前还没公开，只能集成在芯片中。

SM2

和国际上通过的RSA一样，是一种非对称加密算法，使用公钥加密，私钥解密，在安全性和运算速度方面要优于RSA算法。

SM3

可以用来生成信息摘要，如MD5，生成的信息摘要长度为256位。

SM4

是一种对称加密算法,可用于替代DES/AES等国际算法， SM4算法与AES算法具有相同的密钥长度和分组长度，都是128位。

当然这些算法的源码可以在商用密码检测中心中下载，我已经下载好了，公众号回复【SM】即可下载。

了解了SM2, SM3, SM4这些算法之后，在我们的系统中就可以应用这些算法来对传输的报文进行加解密；一个简单的流程图如下所示：

SM2

下面将来重点介绍SM2算法

SM2算法是国家密码管理局发布的椭圆曲线公钥密码算法，推荐使用素数域256位椭圆曲线。

椭圆曲线方程：

曲线参数为：

如果你数学够屌，文档给你准备好了，公众号回复【SM】即可下载。

SM2 java实现

既然SM2算法那么厉害，接下来我们就使用Java来实现下吧。

首先在项目中引入对应的jar包：

<dependency>
 <groupId>org.bouncycastle</groupId>
 <artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId>
 <version>1.60</version>
</dependency>

首先第一步，是要创建 SM2 的椭圆曲线参数，用到的类为 「SM2P256V1Curve」，它是代表国密SM2推荐参数定义的椭圆曲线，源码如下：

可以看到和上面所提供的推荐参数是一样的。

由于「SM2P256V1Curve」没有实现Gx 和 Gy，即基点G的x,y坐标，我们需要自行创建，参数为推荐的参数即可，然后使用x,y 坐标创建基点G，代码如下：

第一步创建 SM2 的椭圆曲线参数的代码如下：

第二步，由于SM2算法基于 ECC，所以需要根据曲线参数来生成 ECC密钥对，代码如下：

第三步，通过 ECC 密钥对获取SM2公钥和私钥，代码如下：

第四步，获取到公钥之后，就可以使用公钥对报文进行加密了，代码如下：

第五步，加密之后，需要使用私钥来进行解密，代码如下：

第六步，现在来测试一下吧。

运行结果如下：

到这里使用Java来实现SM2加解密算法已经结束了，是不是很简单，你学废了吗？

完成代码如下：

生成SM2公私钥：

private static Map<String, ECKeyParameters> getSm2PrivateKeyOrPublicKey() {
 // P256V1Curve 代表国密SM2推荐参数定义的椭圆曲线:
 SM2P256V1Curve sm2P256V1Curve = new SM2P256V1Curve();
 BigInteger sm2N = sm2P256V1Curve.getOrder();
 BigInteger sm2H = sm2P256V1Curve.getCofactor();
 // 由于 gx,gy 没有提供，需要自己创建默认参数
 BigInteger sm2Gx = new BigInteger("32C4AE2C1F1981195F9904466A39C9948FE30BBFF2660BE1715A4589334C74C7", 16);
 BigInteger sm2Gy = new BigInteger("BC3736A2F4F6779C59BDCEE36B692153D0A9877CC62A474002DF32E52139F0A0", 16);
 // 根据 gx, gy 坐标创建一个 G点，即为椭圆的基点
 ECPoint sm2Gpoint = sm2P256V1Curve.createPoint(sm2Gx, sm2Gy);
 //设置椭圆曲线参数
 ECDomainParameters ecDomainParameters = new ECDomainParameters(sm2P256V1Curve, sm2Gpoint, sm2N, sm2H);
 // 生成ECC密钥对
 ECKeyGenerationParameters keyGenerationParameters = new ECKeyGenerationParameters(ecDomainParameters, new SecureRandom());
 ECKeyPairGenerator keyPairGenerator = new ECKeyPairGenerator();
 keyPairGenerator.init(keyGenerationParameters);
 // ECC密钥对
 AsymmetricCipherKeyPair asymmetricCipherKeyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
 // 通过 ECC 密钥对获取SM2公钥和私钥
 // 私钥
 ECPrivateKeyParameters sm2PrivateKey = (ECPrivateKeyParameters) asymmetricCipherKeyPair.getPrivate();
 String x = ByteUtils.toHexString(sm2PrivateKey.getParameters().getG().getAffineXCoord().getEncoded());
 String y = ByteUtils.toHexString(sm2PrivateKey.getParameters().getG().getAffineYCoord().getEncoded());
 System.out.println("生成的SM2私钥为：" + x + "-" + y);
 // 公钥
 ECPublicKeyParameters sm2PublicKey = (ECPublicKeyParameters) asymmetricCipherKeyPair.getPublic();
 String x1 = ByteUtils.toHexString(sm2PublicKey.getQ().getAffineYCoord().getEncoded());
 String y1 = ByteUtils.toHexString(sm2PublicKey.getQ().getAffineXCoord().getEncoded());
 System.out.println("生成的SM2公钥为：" + x1 + "-" + y1);

 Map<String, ECKeyParameters> map = new HashMap<>(2);
 map.put("private", sm2PrivateKey);
 map.put("public", sm2PublicKey);
 return map;
}

加密：

/**
 * 公钥加密
 *
 * @param sm2PublicKey SM2 公钥
 * @param pack         加密的报文
 * @return 加密后的保温
 * @throws Exception e
 */
private static String sm2Encrypt(ECPublicKeyParameters sm2PublicKey, String pack) throws Exception {
 SM2Engine sm2PublicEngine = new SM2Engine();
 ParametersWithRandom withRandom = new ParametersWithRandom(sm2PublicKey, new SecureRandom());
 sm2PublicEngine.init(true, withRandom);
 byte[] encryResult = sm2PublicEngine.processBlock(pack.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), 0, pack.getBytes(StandardCharsets.UTF_8).length);
 String encryResultStr = Base64.getEncoder().encodeToString(encryResult);
 System.out.println("加密后的报文为：" + encryResultStr);
 return encryResultStr;
}

解密：

/**
 * SM2 私钥解密
 *
 * @param sm2PrivateKey SM2 私钥
 * @param pack          解密报文
 * @throws Exception e
 */
private static void sm2Decrypt(ECPrivateKeyParameters sm2PrivateKey, String pack) throws Exception {
 SM2Engine sm2PrivateEngine = new SM2Engine();
 sm2PrivateEngine.init(false, sm2PrivateKey);
 byte[] decodePackByte = Base64.getDecoder().decode(pack);
 byte[] decryptResult = sm2PrivateEngine.processBlock(decodePackByte, 0, decodePackByte.length);
 String decryptResultStr = new String(decryptResult, StandardCharsets.UTF_8);
 System.out.println("解密后的报文为：" + decryptResultStr);
}

测试：

static {
 Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
}

public static void main(String[] args) throws Exception {
 Map<String, ECKeyParameters> sm2Key = getSm2PrivateKeyOrPublicKey();
 String pack = "公众号搜索【Java技术编程】, 公众号搜索【Java技术编程】, 公众号搜索【Java技术编程】";
 System.out.println("原始报文为：" + pack);
 // 对报文进行加密
 String encryResult = sm2Encrypt((ECPublicKeyParameters) sm2Key.get("public"), pack);
 // 对报文进行解密
 sm2Decrypt((ECPrivateKeyParameters) sm2Key.get("private"), encryResult);
}