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国密算法（SM2）java语言的实现：利用bcprov库来实现SM2算法，非对称算法

2023-08-31 12:25

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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.bouncycastlegroupId>            <artifactId>bcprov-jdk15to18artifactId>            <version>1.64version>        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;public class Sm2CryptTools {    private final KeyPair mKeyPair;    public Sm2CryptTools() throws Exception {        mKeyPair = initKey();    }        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);        }    }        public String encrypt(PublicKey pubkey,String plainData) {        try {            SM2Engine sm2Engine = MySm2Engine.createMySm2Engine(pubkey,null,MySm2Engine.Type_Encode);            //encrypt data            byte[] 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;    }        public String decrypt(PrivateKey priKey,String cipherData) {        try {            //init engine            SM2Engine sm2Engine = MySm2Engine.createMySm2Engine(null,priKey,MySm2Engine.Type_Decode);            //decrypt data            byte[] 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;    }        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();        }    }        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.*;public class MySm2Engine {    public static final int Type_Encode = 0;    public static final int Type_Decode = 1;         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!