一、国密即国家密码局认定的国产密码算法。主要有SM1,SM2,SM3,SM4。目前SM1算法没有公开,只能集成在芯片中。目前应用较多的是SM2、SM3和SM4算法,这三者用法不一。
SM2公钥加密算法国密公钥加密标准之一,由国家密码管理局与12月公布。
SM2属于非对称加密算法,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。
SM2公钥加密适用于加密长度较短的数据,如会话密钥和消息报文。SM2公钥加密不仅对数据加密,还提供防篡改的特性,即被篡改的或伪造的密文可以在解密的过程中被检查发现,因此通过SM2公钥加密的消息无需格外的校验机制。消息经过SM2公钥加密后长度会增加不到100字节的长度,加密方在准备缓冲区时需要加以留意。
SM3属于不可逆加密算法,类似于md5,常用于签名。
SM4属于对称加密算法,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。
对称加密算法
对称加密算法加密和解密使用的是同一个密钥。常用的对称加密算法包括:DES、3DES、AES、RC4、RC5、RC6。
非对称加密算法
指加密和解密使用不同密钥的加密算法,也称为公私钥加密。假设两个用户要加密交换数据,双方交换公钥,使用时一方用对方的公钥加密,另一方即可用自己的私钥解密。
常见的非对称加密算法:RSA、DSA(数字签名用)、ECC(移动设备用)、Diffie-Hellman
散列算法(HASH算法)
国密算法的分类
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(SCB2)、SM2、SM3、SM4、SM7、SM9、祖冲之密码算法ZUC。
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。
国密SSL证书采用上述国密SM签名算法,安全自主可控,并且基于ECC算法,加密强度更高、签名速度更快,并且可兼容所有国产操作系统。
二、详述
2.1、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)。
2.2、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。
SM2算法在很多方面都优于RSA算法(RSA发展得早应用普遍,SM2领先也很自然),与RSA安全性对比
三、RSA加密算法
我这里就不对RSA的发明背景做介绍了,你只要知道RSA加密算法是非常非常重要的加密算法,放在现在的时代亦是如此。
RSA加密算法的安全性是基于对极大整数做因数分解的困难。
RSA算法是一种非对称密码算法,所谓非对称,就是指该算法需要一对密钥,使用其中一个加密,则需要用另一个才能解密。例如:
(1)乙方生成两把密钥(公钥和私钥)。公钥是公开的,任何人都可以获得,私钥则是保密的。
(2)甲方获取乙方的公钥,然后用它对信息加密。
(3)乙方得到加密后的信息,用私钥解密
公钥加密的信息只有私钥解得开,那么只要私钥不泄漏,通信就是安全的。
密钥生成过程
1、 随机找两个质数 P 和 Q ,P 与 Q 越大,越安全;
2、 计算他们的乘积 n = P * Q
3、 计算 n 的欧拉函数 φ(n):φ(n) = φ(P * Q)= φ(P - 1)φ(Q - 1) = (P - 1)(Q - 1)
4、 随机选择一个整数 e,条件是 1< e < φ(n),且 e 与 φ(n) 互质
5、 计算e对于 φ(n) 的模反元素d,可以使得 ed 除以 φ(n) 的余数为 1
( 1<d<e,且ed mod φ(n) = 1 ) 即:d=e^-1 ( mod φ(n) )
6、 公钥(n,e);私钥(n,d);
RSA使用公共指数e和私有指数d。指数e是每个人都知道的公钥(e, N)的一部分。使用公钥e加密的消息只能使用私钥d解密
加解密过程
c:密文
m:明文
加密:c = m^e mod N
解密:m = c^d mod N
例题
例题:在RSA加密体制中, 已知素数 p = 7, q = 11, 公钥 e = 13, 试计算私钥 d 并给出对明文 m = 5 的加密,求其密文. 已知密文 c = 15, 求其明文
解:
n=pq=77
φ(n)=(p-1)(q-1)=60
ed≡1 mod φ(n)
即13d mod 60 = 1
解得:d = 37
公钥(n,e)=(77,13)
密文c = m^e mod n = 5^13 mod 77 = 26
私钥(n,d)=(77,37)
明文m = c^d mod n = 15^37 mod 77 = 71
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