SM2算法简介

随着密码技术和计算机技术的发展，目前常用的1024位RSA算法面临严重的安全威胁，我们国家密码管理部门经过研究，决定采用SM2椭圆曲线算法替换RSA算法。

  • SM2是非对称加密算法；
  • SM2是基于椭圆曲线密码的公钥密码算法标准；
  • SM2是国密算法，用于替换RSA/DH/ECDSA/ECDH等国际算法；
  • SM2算法由国家密码管理局于2010年12月17日发布；
  • SM2推荐了一条256位的曲线作为标准曲线；
  • SM2算法在很多方面都优于RSA算法；
  • SM2性能更优更安全：密码复杂度高、处理速度快、机器性能消耗更小；

SM2标准：

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。

  • 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、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。

使用bcprov库来实现SM2算法的封装：

用maven编译，pom.xml文件：

<dependency><groupId>org.bouncycastle</groupId><artifactId>bcprov-jdk15to18</artifactId><version>1.64</version></dependency>

SM2算法工具类Sm2CryptTools
Sm2CryptTools.java:

package com.abc.smutilstest;import org.bouncycastle.crypto.engines.SM2Engine;import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;import org.bouncycastle.util.encoders.Hex;import java.nio.charset.StandardCharsets;import java.security.*;import java.security.spec.ECGenParameterSpec;/** * SM2算法工具类 */public class Sm2CryptTools {private final KeyPair mKeyPair;public Sm2CryptTools() throws Exception {mKeyPair = initKey();}/** * 创建密钥对 * @return 密钥对KeyPair * @throws Exception */public KeyPair initKey()throws Exception{try {ECGenParameterSpec sm2Spec = new ECGenParameterSpec("sm2p256v1");// 获取一个椭圆曲线类型的密钥对生成器final KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance("EC", new BouncyCastleProvider());// 使用SM2参数初始化生成器kpg.initialize(sm2Spec);// 获取密钥对KeyPair keyPair = kpg.generateKeyPair();return keyPair;}catch (Exception e) {throw new Exception(e);}}/** * sm2加密算法 * @param pubkey：公钥 * @param plainData：要加密的字符串 * @return：加密结果 */public String encrypt(PublicKey pubkey,String plainData) {try {SM2Engine sm2Engine = MySm2Engine.createMySm2Engine(pubkey,null,MySm2Engine.Type_Encode);//encrypt databyte[] bytes = null;try {byte[] in = plainData.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);bytes = sm2Engine.processBlock(in,0, in.length);}catch (Exception e) {System.out.println("SM2加密失败:");}return Hex.toHexString(bytes);}catch (Exception e) {e.printStackTrace();}return null;}/** * sm2解密算法 * @param priKey：私钥 * @param cipherData：要解密的字符串 * @return */public String decrypt(PrivateKey priKey,String cipherData) {try {//init engineSM2Engine sm2Engine = MySm2Engine.createMySm2Engine(null,priKey,MySm2Engine.Type_Decode);//decrypt databyte[] cipherDataByte = Hex.decode(cipherData);byte[] bytes = sm2Engine.processBlock(cipherDataByte, 0, cipherDataByte.length);return new String(bytes, StandardCharsets.UTF_8);}catch (Exception e) {System.out.println("SM2解密失败:");}return null;}/** * 测试函数 */public static void Sm2Test() {String dataStr = "hello ,2023!";try {Sm2CryptTools sm2CryptTools= new Sm2CryptTools();KeyPair keyPair = sm2CryptTools.mKeyPair;System.out.println("原始明文：" + dataStr);String resData = sm2CryptTools.encrypt(keyPair.getPublic(),dataStr);System.out.println("SM2加密后密文：" + resData);String resData2 = sm2CryptTools.decrypt(keyPair.getPrivate(),resData);System.out.println("SM2解密后明文：" + resData2);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}/** * 主函数 * @param args */public static void main(String[] args) {Sm2Test();}}

工具类中，调用了自定义的MySm2Engine类，
MySm2Engine.java代码如下:

package com.abc.smutilstest;import org.bouncycastle.crypto.engines.SM2Engine;import org.bouncycastle.crypto.params.ECDomainParameters;import org.bouncycastle.crypto.params.ECPrivateKeyParameters;import org.bouncycastle.crypto.params.ECPublicKeyParameters;import org.bouncycastle.crypto.params.ParametersWithRandom;import org.bouncycastle.jcajce.provider.asymmetric.ec.BCECPrivateKey;import org.bouncycastle.jcajce.provider.asymmetric.ec.BCECPublicKey;import org.bouncycastle.jce.spec.ECParameterSpec;import java.security.*;/** * SM2引擎类 */public class MySm2Engine {public static final int Type_Encode = 0;public static final int Type_Decode = 1;/** * 创建一个SM2引擎 * @param pubKey * @param priKey * @param enOrde * @return * @throws Exception */ public static SM2Engine createMySm2Engine(PublicKey pubKey,PrivateKey priKey,int enOrde) throws Exception { if (enOrde == Type_Encode) { ECPublicKeyParameters ecPublicKeyParameters = null; if (pubKey instanceof BCECPublicKey) { BCECPublicKey bcPubKey = (BCECPublicKey) pubKey; ECParameterSpec ecParameterSpec = bcPubKey.getParameters(); ECDomainParameters ecDomainParameters = new ECDomainParameters(ecParameterSpec.getCurve(), ecParameterSpec.getG(), ecParameterSpec.getN()); ecPublicKeyParameters = new ECPublicKeyParameters(bcPubKey.getQ(),ecDomainParameters); } SM2Engine sm2Engine = new SM2Engine(); sm2Engine.init(true, new ParametersWithRandom(ecPublicKeyParameters, new SecureRandom())); return sm2Engine; }else { BCECPrivateKey bcecPrivateKey = (BCECPrivateKey) priKey; ECParameterSpec ecParameterSpec = bcecPrivateKey.getParameters(); ECDomainParameters ecDomainParameters = new ECDomainParameters(ecParameterSpec.getCurve(), ecParameterSpec.getG(), ecParameterSpec.getN()); ECPrivateKeyParameters ecPrivateKeyParameters = new ECPrivateKeyParameters(bcecPrivateKey.getD(), ecDomainParameters); SM2Engine sm2Engine = new SM2Engine(); sm2Engine.init(false, ecPrivateKeyParameters); return sm2Engine; } }}

测试结果：
运行Sm2CryptTools中的main函数，结果如下：

原始明文：hello ,2023!
SM2加密后密文：04311f2333787826663e3347ae00aaceb4c48babbbef89df0ba54be00115ea0a0953021f1a10c5f4d7fbc5c365724131fd505f5cb019f13b455c06a0832124042845c683c90d9ebc6174199131f7cf586853fa26c6bae7e07dde4acf7fb049e5b46403103184b93b410b29342d
SM2解密后明文：hello ,2023!

总结

近几年，已经开始了加密算法国产替代，其中，SM2算法作为非对称算法，担任了重要的角色。很多具有密码资质的安全产品中，也都广泛运用了SM2算法。

国产安全，砥砺前行！