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Java加密：五、SM2国密算法_java sm2

作者：繁依Fanyi0 | 2024-04-27 02:09:15

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java sm2

一、SM2国密算法

        SM2是国家密码管理局于2010年12月17日发布的椭圆曲线公钥密码算法。SM2算法和RSA算法都是公钥密码算法，SM2算法是一种更先进安全的算法，在我们国家商用密码体系中被用来替换RSA算法。

        SM2算法是在国际标准的ECC椭圆曲线密码理论基础上进行自主研发设计，具备ECC算法的性能特点并实现优化改进。

二、代码参考 

https://github.com/teclan/teclan-utils/blob/master/src/main/java/teclan/utils/security/SM2Utils.javahttps://github.com/teclan/teclan-utils/blob/master/src/main/java/teclan/utils/security/SM2Utils.java

  1. package com.joinway.web.api.service.SM;
  2.  
  3. import java.math.BigInteger;
  4. import java.security.SecureRandom;
  5.  
  6. import org.bouncycastle.crypto.generators.ECKeyPairGenerator;
  7. import org.bouncycastle.crypto.params.ECDomainParameters;
  8. import org.bouncycastle.crypto.params.ECKeyGenerationParameters;
  9. import org.bouncycastle.math.ec.ECCurve;
  10. import org.bouncycastle.math.ec.ECFieldElement;
  11. import org.bouncycastle.math.ec.ECPoint;
  12. import org.bouncycastle.math.ec.ECFieldElement.Fp;
  13.  
  14. public class SM2
  15. {
  16.     //测试参数
  17. //	public static final String[] ecc_param = {
  18. //	    "8542D69E4C044F18E8B92435BF6FF7DE457283915C45517D722EDB8B08F1DFC3",
  19. //	    "787968B4FA32C3FD2417842E73BBFEFF2F3C848B6831D7E0EC65228B3937E498",
  20. //	    "63E4C6D3B23B0C849CF84241484BFE48F61D59A5B16BA06E6E12D1DA27C5249A",
  21. //	    "8542D69E4C044F18E8B92435BF6FF7DD297720630485628D5AE74EE7C32E79B7",
  22. //	    "421DEBD61B62EAB6746434EBC3CC315E32220B3BADD50BDC4C4E6C147FEDD43D",
  23. //	    "0680512BCBB42C07D47349D2153B70C4E5D7FDFCBFA36EA1A85841B9E46E09A2"
  24. //	};
  25.  
  26.     //正式参数
  27.     public static String[] ecc_param = {
  28.             "FFFFFFFEFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00000000FFFFFFFFFFFFFFFF",
  29.             "FFFFFFFEFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00000000FFFFFFFFFFFFFFFC",
  30.             "28E9FA9E9D9F5E344D5A9E4BCF6509A7F39789F515AB8F92DDBCBD414D940E93",
  31.             "FFFFFFFEFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF7203DF6B21C6052B53BBF40939D54123",
  32.             "32C4AE2C1F1981195F9904466A39C9948FE30BBFF2660BE1715A4589334C74C7",
  33.             "BC3736A2F4F6779C59BDCEE36B692153D0A9877CC62A474002DF32E52139F0A0"
  34.     };
  35.  
  36.     public static SM2 Instance()
  37.     {
  38.         return new SM2();
  39.     }
  40.  
  41.     public final BigInteger ecc_p;
  42.     public final BigInteger ecc_a;
  43.     public final BigInteger ecc_b;
  44.     public final BigInteger ecc_n;
  45.     public final BigInteger ecc_gx;
  46.     public final BigInteger ecc_gy;
  47.     public final ECCurve ecc_curve;
  48.     public final ECPoint ecc_point_g;
  49.     public final ECDomainParameters ecc_bc_spec;
  50.     public final ECKeyPairGenerator ecc_key_pair_generator;
  51.     public final ECFieldElement ecc_gx_fieldelement;
  52.     public final ECFieldElement ecc_gy_fieldelement;
  53.  
  54.     public SM2()
  55.     {
  56.         this.ecc_p = new BigInteger(ecc_param[0], 16);
  57.         this.ecc_a = new BigInteger(ecc_param[1], 16);
  58.         this.ecc_b = new BigInteger(ecc_param[2], 16);
  59.         this.ecc_n = new BigInteger(ecc_param[3], 16);
  60.         this.ecc_gx = new BigInteger(ecc_param[4], 16);
  61.         this.ecc_gy = new BigInteger(ecc_param[5], 16);
  62.  
  63.         this.ecc_gx_fieldelement = new Fp(this.ecc_p, this.ecc_gx);
  64.         this.ecc_gy_fieldelement = new Fp(this.ecc_p, this.ecc_gy);
  65.  
  66.         this.ecc_curve = new ECCurve.Fp(this.ecc_p, this.ecc_a, this.ecc_b);
  67.         this.ecc_point_g = new ECPoint.Fp(this.ecc_curve, this.ecc_gx_fieldelement, this.ecc_gy_fieldelement);
  68.  
  69.         this.ecc_bc_spec = new ECDomainParameters(this.ecc_curve, this.ecc_point_g, this.ecc_n);
  70.  
  71.         ECKeyGenerationParameters ecc_ecgenparam;
  72.         ecc_ecgenparam = new ECKeyGenerationParameters(this.ecc_bc_spec, new SecureRandom());
  73.  
  74.         this.ecc_key_pair_generator = new ECKeyPairGenerator();
  75.         this.ecc_key_pair_generator.init(ecc_ecgenparam);
  76.     }
  77. }
  1. package com.joinway.platform.admin.test.SM;
  2.  
  3. import com.joinway.framework.bean.utils.xmlHelper;
  4. import org.bouncycastle.crypto.AsymmetricCipherKeyPair;
  5. import org.bouncycastle.crypto.params.ECPrivateKeyParameters;
  6. import org.bouncycastle.crypto.params.ECPublicKeyParameters;
  7. import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
  8. import org.bouncycastle.math.ec.ECPoint;
  9. import sun.misc.BASE64Encoder;
  10.  
  11. import java.io.*;
  12. import java.math.BigInteger;
  13. import java.security.KeyPair;
  14. import java.security.PrivateKey;
  15. import java.security.PublicKey;
  16. import java.security.Security;
  17. import java.security.cert.CertificateFactory;
  18. import java.security.cert.X509Certificate;
  19.  
  20. public class SM2Utils {
  21.  
  22.  
  23.     private final static char[] mChars = "0123456789ABCDEF".toCharArray();
  24.  
  25.     //生成随机秘钥对
  26.     public static void generateKeyPair() {
  27.         SM2 sm2 = SM2.Instance();
  28.         AsymmetricCipherKeyPair key = sm2.ecc_key_pair_generator.generateKeyPair();
  29.         ECPrivateKeyParameters ecpriv = (ECPrivateKeyParameters) key.getPrivate();
  30.         ECPublicKeyParameters ecpub = (ECPublicKeyParameters) key.getPublic();
  31.         BigInteger privateKey = ecpriv.getD();
  32.         ECPoint publicKey = ecpub.getQ();
  33.  
  34.         System.out.println("公钥: " + Util.byteToHex(publicKey.getEncoded()));
  35.         System.out.println("私钥: " + Util.byteToHex(privateKey.toByteArray()));
  36.     }
  37.  
  38.     //数据加密
  39.     public static String encrypt(byte[] publicKey, byte[] data) throws IOException {
  40.         if (publicKey == null || publicKey.length == 0) {
  41.             return null;
  42.         }
  43.  
  44.         if (data == null || data.length == 0) {
  45.             return null;
  46.         }
  47.  
  48.         byte[] source = new byte[data.length];
  49.         System.arraycopy(data, 0, source, 0, data.length);
  50.  
  51.         Cipher cipher = new Cipher();
  52.         SM2 sm2 = SM2.Instance();
  53.  
  54.         ECPoint userKey = sm2.ecc_curve.decodePoint(publicKey);
  55.  
  56.         ECPoint c1 = cipher.Init_enc(sm2, userKey);
  57.         cipher.Encrypt(source);
  58.         byte[] c3 = new byte[32];
  59.         cipher.Dofinal(c3);
  60.  
  61. //		System.out.println("C1 " + Util.byteToHex(c1.getEncoded()));
  62. //		System.out.println("C2 " + Util.byteToHex(source));
  63. //		System.out.println("C3 " + Util.byteToHex(c3));
  64.         //C1 C2 C3拼装成加密字串
  65.         return Util.byteToHex(c1.getEncoded()) + Util.byteToHex(source) + Util.byteToHex(c3);
  66.  
  67.     }
  68.  
  69.     //数据解密
  70.     public static byte[] decrypt(byte[] privateKey, byte[] encryptedData) throws IOException {
  71.         if (privateKey == null || privateKey.length == 0) {
  72.             return null;
  73.         }
  74.  
  75.         if (encryptedData == null || encryptedData.length == 0) {
  76.             return null;
  77.         }
  78.         //加密字节数组转换为十六进制的字符串 长度变为encryptedData.length * 2
  79.         String data = Util.byteToHex(encryptedData);
  80.         /***分解加密字串
  81.          * （C1 = C1标志位2位 + C1实体部分128位 = 130）
  82.          * （C3 = C3实体部分64位  = 64）
  83.          * （C2 = encryptedData.length * 2 - C1长度  - C2长度）
  84.          */
  85.         byte[] c1Bytes = Util.hexToByte(data.substring(0, 130));
  86.         int c2Len = encryptedData.length - 97;
  87.         byte[] c2 = Util.hexToByte(data.substring(130, 130 + 2 * c2Len));
  88.         byte[] c3 = Util.hexToByte(data.substring(130 + 2 * c2Len, 194 + 2 * c2Len));
  89.  
  90.         SM2 sm2 = SM2.Instance();
  91.         BigInteger userD = new BigInteger(1, privateKey);
  92.  
  93.         //通过C1实体字节来生成ECPoint
  94.         ECPoint c1 = sm2.ecc_curve.decodePoint(c1Bytes);
  95.         Cipher cipher = new Cipher();
  96.         cipher.Init_dec(userD, c1);
  97.         cipher.Decrypt(c2);
  98.         cipher.Dofinal(c3);
  99.  
  100.         //返回解密结果
  101.         return c2;
  102.     }
  103.  
  104.     public static String generateKey(String path) throws Exception {
  105.         //生成密钥对
  106. //        generateKeyPair();
  107.  
  108.         String plainText = xmlHelper.getMD5(path + "/Doc_0/Signs/Sign_0/Signature.xml");
  109.         byte[] sourceData = plainText.getBytes();
  110.         // 国密规范正式私钥
  111.         String prik = "1027b91c2be8dd0354dae2b0c989749866882e56670c3971b76c2ad53351359a";
  112.         // 国密规范正式公钥
  113.         String pubk = "0415d291b399072e60da0ff66ccc79021d3b7d750daa37586a7166afd7d4732f27317f241b6ac245b38b22f642febd4c5be217a011a8549c1d9ec45c42b01e8c7c";
  114.  
  115.         //加密
  116.         String cipherText = SM2Utils.encrypt(Util.hexToByte(pubk), sourceData);
  117.  
  118.         //解密
  119.         plainText = new String(SM2Utils.decrypt(Util.hexToByte(prik), Util.hexToByte(cipherText)));
  120.  
  121.         return cipherText;
  122.  
  123.     }
  124.  
  125.     public static String inputStream2String(InputStream is) throws IOException {
  126.         BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
  127.         StringBuffer buffer = new StringBuffer();
  128.         String line = "";
  129.         while ((line = in.readLine()) != null) {
  130.             buffer.append(line);
  131.         }
  132.         return buffer.toString();
  133.     }
  134.  
  135.  
  136.     public static String str2HexStr(String str) {
  137.         StringBuilder sb = new StringBuilder();
  138.         byte[] bs = str.getBytes();
  139.  
  140.         for (int i = 0; i < bs.length; i++) {
  141.             sb.append(mChars[(bs[i] & 0xFF) >> 4]);
  142.             sb.append(mChars[bs[i] & 0x0F]);
  143.         }
  144.         return sb.toString().trim();
  145.     }
  146.  
  147. }

三、国密系列算法简介

        其中SM1、SM4、SM7、祖冲之密码（ZUC）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，期待有一天会有采用国密算法的区块链应用出现。

1、SM1对称密码

        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。

        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，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。

3、SM3杂凑算法

        SM3密码杂凑（哈希、散列）算法给出了杂凑函数算法的计算方法和计算步骤，并给出了运算示例。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见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。轮密钥的产生与上图流程类似，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见SM4标准。

5、SM7对称密码

        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）。

6、SM9标识密码算法

        为了降低公开密钥系统中密钥和证书管理的复杂性，以色列科学家、RSA算法发明人之一Adi Shamir在1984年提出了标识密码（Identity-Based Cryptography）的理念。标识密码将用户的标识（如邮件地址、手机号码、QQ号码等）作为公钥，省略了交换数字证书和公钥过程，使得安全系统变得易于部署和管理，非常适合端对端离线安全通讯、云端数据加密、基于属性加密、基于策略加密的各种场合。2008年标识密码算法正式获得国家密码管理局颁发的商密算法型号：SM9(商密九号算法)，为我国标识密码技术的应用奠定了坚实的基础。

        SM9算法不需要申请数字证书，适用于互联网应用的各种新兴应用的安全保障。如基于云技术的密码服务、电子邮件安全、智能终端保护、物联网安全、云存储安全等等。这些安全应用可采用手机号码或邮件地址作为公钥，实现数据加密、身份认证、通话加密、通道加密等安全应用，并具有使用方便，易于部署的特点，从而开启了普及密码算法的大门。

7、ZUC祖冲之算法

        祖冲之序列密码算法是中国自主研究的流密码算法,是运用于移动通信4G网络中的国际标准密码算法,该算法包括祖冲之算法(ZUC)、加密算法(128-EEA3)和完整性算法(128-EIA3)三个部分。目前已有对ZUC算法的优化实现，有专门针对128-EEA3和128-EIA3的硬件实现与优化。

四、其它参考

sm2算法,相关网址

http://www.oscca.gov.cn/sca/xxgk/2010-12/17/1002386/files/b791a9f908bb4803875ab6aeeb7b4e03.pdf

https://github.com/teclan/teclan-utils/blob/master/src/main/java/teclan/utils/security/SM2Utils.java

关于bouncycastle下国密SM2 API的使用 - jeffreyluo - 博客园

gmssl-python: GMSSL GmSSL是一个开源的加密包的python实现，支持SM2/SM3/SM4等国密(国家商用密码)算法、项目采用对商业应用友好的类BSD开源许可证，开源且可以用于闭源的商

java SM2 **生成 签名验签 - 程序员大本营

sm2: SM2加密解密java示例 - Gitee.com

密码行业标准化技术委员会

https://github.com/guanzhi/GmSSL/

国密算法SM2证书制作_Mr.Kim.Wu 的日记-CSDN博客_国密证书

通过openssl生成sm2的公私钥的方法_dong_beijing的博客-CSDN博客_openssl 生成sm2

快速上手

https://cloud.tencent.com/developer/article/1057477

用gmssl制作国密SM2证书_hknaruto的专栏-CSDN博客_gmssl sm2证书

sm2证书生成（单证书）_csj50的专栏-CSDN博客_生成sm2证书
openssl - 数字证书的编程解析 - huhu0013 - 博客园

Bouncy Castle 密码包实现加解密_andychuen的专栏-CSDN博客_bouncycastle 加解密

国密SM2椭圆曲线密码标准

SM2国密证书合法性验证 - 小小娟 - 博客园

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