国家密码管理局推出的SM系列密码算法是为了从根本上摆脱我国对国外密码技术的依赖，实现从密码算法层面掌控核心的信息安全技术。从SM1-SM4分别实现了对称、非对称、摘要等算法功能。特别适合应用于嵌入式物联网等相关领域，完成身份认证和数据加解密等功能。
使用国密算法的意义
随着金融安全上升到国家安全高度，近年来国家有关机关和监管机构站在国家安全和长远战略的高度提出了推动国密算法应用实施、加强行业安全可控的要求。摆脱对国外技术和产品的过度依赖，建设行业网络安全环境，增强我国行业信息系统的“安全可控”能力显得尤为必要和迫切。密码算法是保障信息安全的核心技术，尤其是最关键的银行业核心领域长期以来都是沿用3DES、SHA-1、RSA等国际通用的密码算法体系及相关标准。2010年底，国家密码管理局公布了我国自主研制的“椭圆曲线公钥密码算法”（SM2算法）。为保障重要经济系统密码应用安全，国家密码管理局于2011年发布了《关于做好公钥密码算法升级工作的通知》，要求“自2011年3月1日起，在建和拟建公钥密码基础设施电子认证系统和密钥管理系统应使用国密算法。自2011年7月1日起，投入运行并使用公钥密码的信息系统，应使用SM2算法。”
国密即国家密码局认定的国产密码算法。主要有SM1，SM2，SM3，SM4。密钥长度和分组长度均为128位。
SM1
对称加密。其加密强度与AES相当。该算法不公开仅以 IP 核的形式存在于芯片中。
调用该算法时，需要通过加密芯片的接口进行调用。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）。
SM2
可以理解为国产RSA。非对称加密，基于ECC。该算法已公开。由于该算法基于ECC，故其签名速度与秘钥生成速度都快于RSA。
SM2椭圆曲线公钥密码算法是我国自主设计的公钥密码算法，包括SM2-1椭圆曲线数字签名算法，SM2-2椭圆曲线密钥交换协议，SM2-3椭圆曲线公钥加密算法，分别用于实现数字签名密钥协商和数据加密等功能。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，相对于RSA算法，256位的SM2密码强度已经比2048位的RSA密码强度要高，但运算速度快于RSA。
SM3
可以理解为国产MD5。消息摘要。可以用MD5作为对比理解。该算法已公开。校验结果为256位。
SM4
可以理解为国产AES。无线局域网标准的分组数据算法。对称加密，密钥长度和分组长度均为128位。
SM9
一种标识密码(IBE)算法，由国家密码管理局于2016年3月28日发布，相关标准为“GM/T 0044-2016 SM9标识密码算法”。主要用于用户的身份认证。SM9的加密强度等同于3072位密钥的RSA加密算法。
一般数据发送端都是用SM4对数据内容加密，使用SM3对内容进行摘要，再使用SM2对摘要进行签名。
接收端，先用SM2对摘要进行验签，验签成功后就做到了防抵赖，对发送过来的内容进行SM3摘要，看下生成的摘要和验签后的摘要是否一致，用于防篡改。
另外SM4在加密解密需要相同的密钥，这个我们可以通过编写密钥交换模块实现生成相同的密钥。用于SM4对称加密。
关于非对称还要注意几点：
（1）公钥是通过私钥产生的；
（2）公钥加密，私钥解密是加密的过程
（3）私钥加密，公钥解密是签名的过程；
由于SM1、SM4加解密的分组大小为128bit，故对消息进行加解密时，若消息长度过长，需要进行分组，要消息长度不足，则要进行填充。
国密算法的安全性
SM2算法：
SM3算法：SM3杂凑算法是我国自主设计的密码杂凑算法，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。为了保证杂凑算法的安全性，其产生的杂凑值的长度不应太短，例如MD5输出128比特杂凑值，输出长度太短，影响其安全性。SHA-1算法的输出长度为160比特，SM3算法的输出长度为256比特，因此SM3算法的安全性要高于MD5算法和SHA-1算法。
SM4算法：SM4分组密码算法是我国自主设计的分组对称密码算法，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。要保证一个对称密码算法的安全性的基本条件是其具备足够的密钥长度，SM4算法与AES算法具有相同的密钥长度分组长度128比特，因此在安全性上高于3DES算法。
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国家密码管理局于2010年12月17日发布了SM2椭圆曲线公钥密码算法，并要求为对现有基于RSA算法的电子认证系统、密钥管理系统、应用系统进行升级改造。关于算法标准，请参见《国家密码管理局公告（第 21 号）》
SM2算法和RSA算法有什么关系？
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。
为什么要采用SM2算法替换RSA算法？
随着密码技术和计算技术的发展，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算法在安全性、性能上都具有优势，参见表1算法攻破时间，表2算法性能。
RSA密钥强度
椭圆曲线密钥强度
攻破时间(年)
512
106
104,已被攻破
768
132
108,已被攻破
1024
160
1011
2048
210
1020
表1 算法攻破时间
算法
签名速度(次/秒)
验签速度(次/秒
1024位RSA
2792
51224
2048位RSA
455
15122
256位SM2
4095
871
表2 算法性能
SM2和椭圆曲线算法是什么关系?
一提起曲线，大家就会想到方程，椭圆曲线算法是通过方程确定的，SM2算法采用的椭圆曲线方程为：
y2 = x3 + ax + b
在SM2算法标准中，通过指定a、b系数，确定了唯一的标准曲线。同时，为了将曲线映射为加密算法，SM2标准中还确定了其它参数，供算法程序使用。
椭圆曲线算法是什么原理?
本文不探讨椭圆曲线的数学理论，仅通过图示展示算法原理。请参见下图：
图1 椭圆曲线算法原理
上图为方程：y2 = x3–x的曲线。
1、P点为基点;
2、通过P点做切线，交与点 2P点，在2P’点做竖线，交与2P点，2P点即为P点的2倍点;
3、进一步，P点和2P点之间做直线，交与3P’点，在3P’点做竖线，交与3P点，3P点即为P点的3倍点;
4、同理，可以计算出P点的4、5、6、… 倍点;
5、如果给定图上Q点是P的一个倍点，请问Q是P的几倍点呢?
6、直观上理解，正向计算一个倍点是容易的，反向计算一个点是P的几倍点则困难的多。
在椭圆曲线算法中，将倍数d做为私钥，将Q做为公钥。当然，椭圆曲线算法还有更严格的计算过程，相对图示要复杂的多。
SM2算法可以进行哪些密码应用?
SM2算法做为公钥算法，可以完成签名、密钥交换以及加密应用。SM2算法标准确定了标准过程：
1、签名、验签计算过程;
2、加密、解密计算过程;
3、密钥协商计算过程。
需要说明，其他国家的标准和SM2确定的计算过程存在差异，也就是说相互之间是不兼容的。
SM2算法速度快吗?
简单讲，SM2签名速度快，验签速度慢，这点和RSA算法的特性正好相反。参见表2。
另外，加解密速度和验签速度相当。
SM2签名算法支持多大的数据量，签名结果为多少字节?
签名原始数据量长度无限制，签名结果为64字节。
SM2加密算法支持多大的数据量，加密结果增加多少字节?
支持近128G字节数据长度，加密结果增加96个字节。
SM2相关算法有哪些?
SM2，为国家密码管理局公布的公钥算法，其加密强度为256位。其它几个重要的商用密码算法包括：
SM1，对称加密算法，加密强度为128位，采用硬件实现;
SM3，密码杂凑算法，杂凑值长度为32字节，和SM2算法同期公布，参见《国家密码管理局公告(第 22 号)》;
SMS4，对称加密算法，随WAPI标准一起公布，可使用软件实现，加密强度为128位。
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