來源：華三

國密算法是指由中國國家密碼管理局發布的密碼算法標準，旨在保障國家信息安全。目前，國家密碼管理局已發布了一系列國產商用密碼標準算法，包括SM1（SCB2）、SM2、SM3、SM4、SM7、SM9以及祖沖之密碼算法（ZUC)等。通過在金融、電子政務及安防等領域廣泛應用國密算法，在對敏感數據進行機密性、完整性和可用性保護的同時，減少對外部密碼產品的依賴，提升國家信息安全水平。

為什么需要國密算法？

國密算法的產生背景

在網絡信息傳輸和存儲過程中，數據的保密性和安全性是一項重要的需求。傳統的國際標準加密算法雖然安全可靠，但由于無法保證源代碼的安全性，因此存在著源代碼被外部惡意攻擊者滲透或篡改的風險。為了構建安全的行業網絡環境并增強國家行業信息系統的“安全可控”能力，中國積極開展了針對信息安全需求的研究和探索。自2007年開始，中國制定了國密算法標準，并于2010年正式發布。

經過多年的發展、改進和完善，國密算法已成為中國自主研發的密碼算法標準，并在各行業得到廣泛應用。它的誕生不僅顯著提升了中國在密碼技術領域的核心競爭力，還為國家信息安全建設作出了重要貢獻。

國密算法的特點

國密算法具備如下特點：

?安全性高：國密算法采用了嚴密的密碼學原理和復雜的運算方式，具有較高的安全性。它在加密、數字簽名和哈希等功能上都能提供可靠的保護，抵抗了各種傳統和現代密碼攻擊手段。

?高效性與靈活性：國密算法在保證安全性的同時，注重算法的效率。它的加密速度和運行效率相對較高，同時也能適應不同的密碼長度和密鑰長度，以滿足不同場景的需求。

?標準化廣泛：國密算法已被國家標準化機構認可和采用。它符合國際密碼學標準的基本要求，具備與國際算法相媲美的能力。同時，國密算法也在國內推廣和應用廣泛，成為中國信息安全領域的基礎核心算法之一。

?自主創新：國密算法是中國自主研發的密碼算法，所以對于算法的實現和推廣都具有獨立的掌控能力。這意味著中國可以更好地保護自己的國家信息安全，減少對外依賴，提高自主抵抗能力。

?面向多領域應用：國密算法不僅局限于某個特定領域的應用，它適用于金融業、電子商務、通信、物聯網、區塊鏈等不同領域的信息安全保護。它的廣泛應用范圍使得國密算法可以滿足不同行業的安全需求。

國密算法如何工作？

國密算法包括SM1（SCB2）、SM2、SM3、SM4、SM7、SM9以及祖沖之密碼算法（ZUC)等。其中，SM1、SM4、SM7、祖沖之密碼（ZUC）屬于對稱算法；SM2、SM9屬于非對稱算法；SM3屬于雜湊算法。

下文將主要介紹國密算法中的常用算法SM1、SM2、SM3和SM4的實現和應用。

SM1算法的實現和應用

SM1算法是國密算法中的一種對稱加密算法，其特點是加解密使用相同密鑰。利用SM1對稱加密算法加解密數據的過程。

SM1算法未公開，僅以IP核（Intellectual Property Core，一種預先做好的集成電路功能模塊）的形式存在于芯片中。SM1算法主要用于小數據量的加密保護，因此被廣泛用于研制智能IC卡、智能密碼鑰匙、門禁卡、加密卡等安全產品。

SM2算法的實現和應用

SM2算法是基于ECC（Elliptic Curve Cryptography）橢圓曲線的非對稱加密算法，包括了SM2-1橢圓曲線數字簽名算法、SM2-2橢圓曲線密鑰交換協議和SM2-3橢圓曲線公鑰加密算法，分別用于實現數字簽名、密鑰協商和數據加密等功能。

SM2算法在許多領域都有廣泛的應用。在電子商務領域，SM2算法被用于保護用戶個人信息的安全傳輸，確保用戶在網上交易過程中的隱私和財產的安全。在互聯網金融領域，SM2算法被用于數字支付、電子銀行等場景，實現用戶身份認證和交易的安全性。此外，SM2算法還適用于物聯網領域，保護物聯網設備之間的通信安全，確保數據的可靠傳輸。

數據加密

在非對稱加密算法中，可對外公布的密鑰稱為“公鑰”，只有持有者所知的密鑰稱為“私鑰”。發送者使用接收者的公鑰來加密消息，接收者用自己的私鑰解密和讀取該消息。

利用SM2非對稱加密算法加解密數據的過程。

密鑰協商

由于橢圓曲線的計算復雜性高，破解難度大，因此SM2算法在密鑰協商技術領域也起著關鍵作用。利用SM2算法進行密鑰協商的過程。

(1) 會話雙方生成自己的私鑰（隨機數）。

(2) 會話雙方由私鑰、ECC橢圓曲線參數G各自計算出公鑰。

(3) 會話雙方將自己的公鑰傳遞給對方，傳遞過程公開。由于橢圓曲線的計算復雜性高，破解難度大，因此攻擊者難以通過公鑰和橢圓曲線參數G反推出私鑰。

(4) 雙方將自己的私鑰與對方的公鑰進行運算，最終得到相同的會話密鑰，該會話密鑰可作為共享密鑰用于對稱加密（例如SM4算法）通信。

數字簽名

數字簽名是一種用于驗證信息完整性、真實性和來源的技術手段。它通常用于確保數據在傳輸或存儲過程中沒有被篡改，并且可以追溯到特定的發送方。發送方使用自己的私鑰對消息進行加密，生成數字簽名。接收方使用發送方的公鑰對簽名進行解密和驗證，以驗證消息的完整性和真實性。

在數字簽名應用中，SM2算法通常與SM3摘要算法一起使用。

SM3算法的實現和應用

SM3雜湊（Hashing）算法是國密算法中的一種摘要算法。SM3算法通過哈希函數將任意長度的消息壓縮成固定長度的摘要。摘要具有唯一性，即不同信息生成的摘要不同，且無法由摘要恢復出原始信息，更無法偽造信息獲得相同摘要，因此SM3算法被廣泛用于實現數字簽名、數據完整性檢測及消息驗證等功能。

基于SM3算法的特點，在信息安全領域，SM3算法被用于保護密碼學協議、數字證書和電子簽名等數據的完整性。在區塊鏈領域，SM3算法被用于加密貨幣的區塊生成和鏈上交易的校驗，確保區塊鏈的安全性。此外，SM3算法還可以應用于密碼學隨機數的生成和偽隨機序列的校驗等領域，增加了數據的安全性和可靠性。

利用SM2算法和SM3算法對用戶數據進行數字簽名認證及完整性校驗的過程。

(1) 用戶A發送的數據A經過SM3哈希算法運算生成摘要A。

(2) 摘要A經過用戶A的私鑰加密生成數字簽名。

(3) 用戶A的明文數據和數字簽名經加密算法（SM1/SM2/SM4）加密成密文后發送給用戶B。加密算法以非對稱加密算法SM2為例，即加解密使用不同密鑰。

(4) 密文到達用戶B處，經加密算法（SM1/SM2/SM4）解密后，還原成明文數據和數字簽名。