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浅谈几种常见商用国密算法日期:2017-09-21 浏览次数:

众所周知,为了保障商用密码的安全性,国家商用密码管理办公室制定了一系列密码标准,包括SM1、SM2、SM3、SM4、SM7、SM9、祖冲之密码算法等等。其中SM1、SM4、SM7、祖冲之密码是对称算法;SM2、SM9是非对称算法;SM3是哈希算法。目前,这些算法已广泛应用于各个领域中,具体来说是这些国密算法芯片的应用。比如,山东乐虎国际在线登录的国密芯片,已广泛应用于政府、金融、公安等行业的数据安全存储和认证。


我们常说国密SM1/SM7算法芯片,但貌似只有较少人员了解这些算法,在这里,小编对这些国密算法做简单的介绍,希望对大家有所帮助。
    1、SM1对称密码算法
    SM1算法是分组密码算法,分组长度为128位,密钥长度都为128比特,算法安全保密强度及相关软硬件实现性能与AES相当,算法不公开,仅以IP核的形式存在于芯片中。
    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)。
    2、SM2椭圆曲线公钥密码算法
    SM2算法就是ECC椭圆曲线密码机制,但在签名、密钥交换方面不同于ECDSA、ECDH等国际标准,而是采取了更为安全的机制。另外,SM2推荐了一条256位的曲线作为标准曲线。
    ECC椭圆曲线密码体制Koblitz和Miller在1985年各自引入密码学。椭圆曲线y2 + axy +by = x3+ cx2 + dx + e ,其上面的所有点和无132线的Weierstrass方程为穷远点构成一个加法交换群,其中无穷远点是加法零元。此群的加法法则可以由弦切法所给出。由弦切法便可以给出椭圆曲线上的加法方程。多倍点运算是指:给定一点P和一个整数k,计算kP,即k个P点的和。椭圆曲线上的离散对数问题为:给定点P和kP,计算整数k。椭圆曲线密码体制的安全性便是建立在椭圆曲线离散对数问题之上。
    SM2标准包括总则,数字签名算法,密钥交换协议,公钥加密算法四个部分,并在每个部分的附录详细说明了实现的相关细节及示例。
    SM2算法主要考虑素域Fp和F2m上的椭圆曲线,分别介绍了这两类域的表示,运算,以及域上的椭圆曲线的点的表示,运算和多倍点计算算法。然后介绍了编程语言中的数据转换,包括整数和字节串,字节串和比特串,域元素和比特串,域元素和整数,点和字节串之间的数据转换规则。
    详细说明了有限域上椭圆曲线的参数生成以及验证,椭圆曲线的参数包括有限域的选取,椭圆曲线方程参数,椭圆曲线群基点的选取等,并给出了选取的标准以便于验证。最后给椭圆曲线上密钥对的生成以及公钥的验证,用户的密钥对为(s,sP),其中s为用户的私钥,sP为用户的公钥,由于离散对数问题从sP难以得到s,并针对素域和二元扩域给出了密钥对生成细节和验证方式。总则中的知识也适用于SM9算法。
    在总则的基础上给出了数字签名算法(包括数字签名生成算法和验证算法),密钥交换协议以及公钥加密算法(包括加密算法和解密算法),并在每个部分给出了算法描述,算法流程和相关示例。

数字签名算法适用于商用应用中的数字签名和验证,可满足多种密码应用中的身份认证和数据完整性,真实性的安全需求。密钥交换协议适用于商用密码应用中的密钥交换,可满足通信双方经过两次或可选三次信息传递过程,计算获取一个由双方共同决定的共享秘密密钥(会话秘钥)。公钥加密算法适用于国家商用密码应用中的消息加解密,消息发送者可以利用接收者的公钥对消息进行加密,接收者用对应的私钥进行解,获取消息。
    数字签名算法,密钥交换协议以及公钥加密算法都使用了国家密管理局批准的SM3密码杂凑算法和随机数发生器。数字签名算法,密钥交换协议以及公钥加密算法根据总则来选取有限域和椭圆曲线,并生成密钥对,具体算法,流程和示例参见相关的SM2标准。
    3、SM3杂凑算法
    SM3密码杂凑算法给出了杂凑函数算法的计算方法和计算步骤。此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。在SM2、SM9标准中使用。
    此算法对输入长度小于2的64次方的比特消息,经过填充和迭代压缩,生成长度为256比特的杂凑值,其中使用了异或,模,模加,移位,与,或,非运算,由填充,迭代过程,消息扩展和压缩函数所构成。具体算法及运算示例参见相关的SM3标准。
    4、SM4对称算法
    此算法是一个分组算法,用于无线局域网产品。该算法的分组长度为128比特,密钥长度为128比特。加密算法与密钥扩展算法都采用32轮非线性迭代结构。解密算法与加密算法的结构相同,只是轮密钥的使用顺序相反,解密轮密钥是加密轮密钥的逆序。
    此算法采用非线性迭代结构,每次迭代由一个轮函数给出,其中轮函数由一个非线性变换和线性变换复合而成,非线性变换由S盒所给出。其中rki为轮密钥,合成置换T组成轮函数。轮密钥由加密密钥作为输入生成,轮函数中的线性变换不同,还有些参数的区别。SM4算法的具体描述和示例参见相关的SM4标准。
    5、SM7对称密码算法
    SM7算法,是一种分组密码算法,分组长度为128比特,密钥长度为128比特。SM7适用于非接触式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、企业一卡通等)。

源自:豆瓣网