关于算法:奇妙的安全旅行之国密算法

hi，大家好，我是开发者 FTD。明天咱们来介绍一下咱们国家明码局制订的加密算法 — 国密算法。

为什么要制订国密算法？

明码算法是保障信息安全的核心技术，尤其是我国最要害的银行业外围畛域长期以来都是沿用 MD5、3DES、SHA-256、RSA 等这些国内通用的明码算法体系及相干规范。

随着金融平安回升到国家平安高度，近年来国家有关机关和监管机构站在国家平安和久远策略的高度提出了推动国密算法利用施行、增强行业平安可控的要求。解脱对国外技术和产品的适度依赖，建设行业网络安全环境，加强我国行业信息系统的“平安可控”能力显得尤为必要和迫切。

2010 年底，国家明码管理局颁布了我国自主研制的“椭圆曲线公钥明码算法”（SM2 算法）。为保障重要经济零碎明码利用平安，国家明码管理局于 2011 年公布了《对于做好公钥明码算法降级工作的告诉》，要求“自 2011 年 3 月 1 日起，在建和拟建公钥明码基础设施电子认证零碎和密钥管理系统应应用 SM2 算法。自 2011 年 7 月 1 日起，投入运行并应用公钥明码的信息系统，应应用 SM2 算法。”

国密算法简介

国产明码算法（国密算法）是指国家明码局认定的国产商用明码算法，次要有 SM1，SM2，SM3，SM4，密钥长度和分组长度均为 128 位。在金融畛域目前次要应用公开的 SM2、SM3、SM4 三类算法，别离是非对称加密算法、哈希算法和对称加密算法。

SM1 算法

SM1 为对称加密算法，其加密强度与 AES 相当。该算法不公开，调用该算法时，须要通过加密芯片的接口进行调用。
采纳该算法曾经研制了系列芯片、智能 IC 卡、智能明码钥匙、加密卡、加密机等平安产品，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（包含国家政务通、警务通等重要畛域）。

SM2 算法

SM2 为非对称加密，基于 ECC。该算法已公开。因为该算法基于 ECC，故其签名速度与秘钥生成速度都快于 RSA。ECC 256 位（SM2 采纳的就是 ECC 256 位的一种）平安强度比 RSA 2048 位高，但运算速度快于 RSA。

SM2 椭圆曲线公钥明码算法是我国自主设计的公钥明码算法，包含 SM2- 1 椭圆曲线数字签名算法，SM2- 2 椭圆曲线密钥替换协定，SM2- 3 椭圆曲线公钥加密算法，别离用于实现数字签名密钥协商和数据加密等性能。SM2 算法与 RSA 算法不同的是，SM2 算法是基于椭圆曲线上点群离散对数难题，绝对于 RSA 算法，256 位的 SM2 明码强度曾经比 2048 位的 RSA 明码强度要高。

SM3 算法

SM3 杂凑算法是我国自主设计的明码杂凑算法，实用于商用明码利用中的数字签名和验证音讯认证码的生成与验证以及随机数的生成，可满足多种明码利用的平安需要。为了保障杂凑算法的安全性，其产生的杂凑值的长度不应太短，例如 MD5 输入 128 比特杂凑值，输入长度太短，影响其安全性。SHA- 1 算法的输入长度为 160 比特，SM3 算法的输入长度为 256 比特，因而 SM3 算法的安全性要高于 MD5 算法和 SHA- 1 算法。

SM4 算法

SM4 无线局域网规范的分组数据算法。

SM4 分组明码算法是我国自主设计的分组对称明码算法，用于实现数据的加密 / 解密运算，以保证数据和信息的机密性。要保障一个对称明码算法的安全性的根本条件是其具备足够的密钥长度，SM4 算法与 AES 算法具备雷同的密钥长度分组长度 128 比特，因而在安全性上高于 3DES 算法。

因为 SM1、SM4 加解密的分组大小为 128bit，故对音讯进行加解密时，若音讯长度过长，须要进行分组，要音讯长度有余，则要进行填充。

国内算法和国密算法的区别

分组明码算法——国内 DES，国产 SM4

分组明码就是将明文数据按固定长度进行分组，而后在同一密钥管制下逐组进行加密，从而将各个明文分组变换成一个等长的密文分组的明码。其中二进制明文分组的长度称为该分组明码的分组规模。

分组明码的实现准则如下：

1. 实现起来必须比较简单，加密和解密都非常容易，适宜硬件和 (或) 软件实现。
2. 加脱密速度和所耗费的资源和老本较低，能满足具体利用范畴的须要。

分组明码的设计根本遵循混同准则和扩散准则。

混同准则就是将密文、明文、密钥三者之间的统计关系和代数关系变得尽可能简单，使得破解人即便取得了密文和明文，也无奈求出密钥的任何信息；即便取得了密文和明文的统计法则，也无奈求出明文的任何信息。

扩散准则就是应将明文的统计法则和构造法则散射到相当长的一段统计中去。也就是说让明文中的每一位影响密文中的尽可能多的位，或者说让密文中的每一位都受到明文中的尽可能多位的影响。

• DES 算法

DES 算法是在美国 NSA(国家安全局)赞助下由 IBM 公司开发的明码算法，其初衷是为政府非秘密的敏感信息提供较强的加密爱护。它是美国政府担保的第一种加密算法，并在 1977 年被正式作为美国联邦信息处理规范。DES 次要提供非军事性质的联邦政府机构和私营部门应用，并迅速成为名声最大，应用最广的商用明码算法。

• SM4 算法

2006 年我国颁布了有限局域网产品应用的 SM4 明码算法。这是我国第一次颁布本人的商用明码算法。

国内的 DES 算法和国产的 SM4 算法的目标都是为了加密爱护动态贮存和传输信道中的数据，次要个性如下：

从算法上看，国产 SM4 算法在计算过程中减少非线性变换，实践上能大大提高其算法的安全性，并且由业余机构进行了明码剖析，民间也对 21 轮 SM4 进行了差分明码剖析，论断均为安全性较高。

公钥明码算法——国内 RSA，国产 SM2

公钥密码学与其余密码学齐全不同，应用这种办法的加密零碎，不仅公开加密算法自身，也公开了加密用的密钥。

公钥明码零碎与只应用一个密钥的对称传统明码不同，算法是基于数学函数而不是基于替换和置换。公钥密码学是非对称的，它应用两个独立的密钥，即密钥分为公钥和私钥，因而称双密钥体制。双钥体制的公钥能够公开，因而称为公钥算法。

公钥算法的呈现，给明码的倒退开拓了新的方向。公钥算法尽管已经验了 20 多年的倒退，但仍具备强劲的发展势头，在甄别零碎和密钥替换等平安技术畛域起着要害的作用。

公钥算法的加密与解密由不同的密钥实现，并且从加密密钥失去解密密钥在计算上是不可行的。通常，公钥算法的两个密钥中任何一个都能够作为加密而另一个用作解密，但不是所有的公钥算法都是如此。

• RSA 算法

RSA 算法由 Rivest、Shamir、Adleman 于 1978 年首次发表，是迄今为止最容易了解和实现的公钥算法，曾经受住了多年深刻的攻打，其实践根底是一种非凡的可逆模幂运算，其安全性基于合成大整数的困难性。

RSA 算法既可用于加密，又可用于数字签名，已失去宽泛采纳，并被许多标准化组织 (如 ISO、ITU、IETF 和 SWIFT 等) 接收。目前许多国家标准仍采纳 RSA 算法或它的变型。

• SM2 算法

SM2 算法由国家明码管理局于 2010 年 12 月 17 日公布，全称为椭圆曲线算法。 椭圆曲线并不是椭圆，之所以称为椭圆曲线是因为它们是用三次方程来示意的，并且该方程与计算椭圆周长的方程类似。

现今对椭圆曲线钻研的工夫短，通过许多优良的数学家的致力，至今始终没有找到亚指数级算法。正是因为目前所知求解 ECDLP 的最好办法是指数级的，这使得咱们选用 SM2 算法作加解密及数字签名时，所要求的密钥长度比 RSA 要短得多。

国内的 RSA 算法和国产的 SM2 算法的次要个性比照如下：

摘要算法——国内 MD5、SHA256，国产 SM3

摘要函数在密码学中具备重要的位置，被广泛应用在数字签名，音讯认证，数据完整性检测等畛域。摘要函数通常被认为须要满足三个根本个性：碰撞巩固性，原根巩固性和第二原根巩固性。

2005 年,Wang 等人给出了 MD5 算法和 SHA- 1 算法的碰撞攻打办法，现今被广泛应用的 MD5 算法和 SHA- 1 算法不再是平安的算法。

SM3 明码摘要算法是中国国家明码管理局 2010 年颁布的中国商用明码杂凑算法规范。SM3 算法实用于商用明码利用中的数字签名和验证，是在 SHA-256 根底上改良实现的一种算法。SM3 算法采纳 Merkle-Damgard 构造，音讯分组长度为 512 位，摘要值长度为 256 位。

SM3 算法的压缩函数与 SHA-256 的压缩函数具备类似的构造，然而 SM3 算法的设计更加简单，比方压缩函数的每一轮都应用 2 个音讯字。

现今为止，SM3 算法的安全性绝对较高。

国密算法的利用

商用明码的应用领域非常宽泛，次要用于对不波及国家机密内容但又具备敏感性的外部信息、行政事务信息、经济信息等进行加密爱护。比方：商用明码可用于企业门禁治理、企业外部的各类敏感信息的传输加密、存储加密，避免非法第三方获取信息内容；也可用于各种平安认证、网上银行、数字签名等。

例如：在门禁利用中，采纳 SM1 算法进行身份甄别和数据加密通信，实现卡片合法性的验证，保障身份辨认的真实性。平安是关系国家、城市信息、行业用户、百姓利益的关键问题。国家明码管理局针对现有重要门禁系统建设和降级革新利用也提出领导意见，增强芯片、卡片、零碎的标准化建设。截止目前，国密门禁系统的降级的案例也逐步增多，基于自主国产知识产权的 CPU 卡、CPU 卡读写设施及密钥管理系统宽泛受到关注。一些厂商如同方锐安在 2009 年推出 CPU 卡平安门禁系列产品，在 2010 年北京安博会上，该公司再次向业界展现出“御”系列 CPU 卡门禁系统、TF-DF6000 系列平安门禁读卡器以及基于 CPU 卡技术的一卡通零碎等主流产品和零碎。这些厂商是全国推广的国密门禁产品的先驱者，使“御”系列 CPU 卡门禁系统广泛应用于政府、监狱、司法、军工企业和大型公共智能建筑等高平安畛域。

总结

因为国密算法是国家明码局钦定的加密算法，目前曾经逐步在金融行业开始宽泛应用了，置信在当前的利用中，咱们会越来越常常的看到国密算法的身影。大家在当前的学习工作中也须要对国密算法有肯定的理解，能力在须要用到的时候能疾速的把握它。

参考

1，国密算法概述

2，对于国密算法 SM1，SM2，SM3，SM4 的笔记

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