中国密码算法与NIST标准对比
1. 引言
NIST定义AES为标准的对称密钥加密算法。但NIST被指出可能在加密算法中添加NSA后门。为此，在中国，ShāngMì (SM) 系列密码算法，作为TLS 1.3集成和无线认证的备选方案：
- SM2：定义了认证（签名）
- SM3：定义了哈希函数
- SM4：定义了加密。由Lü Shuwang于2007年发明，并于2016年称为国标（GB/T 32907-2016）。同时定义在RFC 89998中：
2. SM2
SM2是与ECDSA、EdDSA、RSA等价的签名方案：
最快的签名方案是ECDSA(P256)，其签名速度比CurveSM2快10倍多。但SM2的签名速度也还可以，要比RSA签名速度快10倍。而验签速度，ECDSA的验签速度要比SM2快2倍。【下图源自https://asecuritysite.com/openssl/openssl3_b2】
3. SM3
SM3提供了256位哈希：
SM3是主流哈希中最慢的哈希算法之一，其速度约为SHA-1的37%：【下图源自https://asecuritysite.com/openssl/openssl_full2b】
以“Hello”哈希为例：
echo -n "Hello" | openssl dgst -sm3
dc74f051ad5bc19ba721bf0023e10de03bae29bbe013c43988bae55828bceb
4. SM4
SM4加密算法，其block size为128为，加密密钥为128位：
每个block数据有32轮处理。此外，可在IV（Initialisation Vector）中添加128位的salt值。
总体来首，SM4的性能不如AES和Cha-Cha20。AES-128-ECD的速度约是SM4-ECB的100倍：【下图源自https://asecuritysite.com/openssl/openssl3_b】
SM4示例代码为：
import os
from cryptography.hazmat.primitives.ciphers import Cipher, algorithms, modes
from cryptography.hazmat.primitives import padding
import sys
message="Hello"
keysize=16
iv = os.urandom(16)
mode=0
if (len(sys.argv)>1):
message=str(sys.argv[1])
if (len(sys.argv)>2):
mode=int(sys.argv[2])
key = os.urandom(keysize)
padder = padding.PKCS7(128).padder()
unpadder = padding.PKCS7(128).unpadder()
cipher=None
if (mode==0):
cipher = Cipher(algorithms.SM4(key), modes.CBC(iv))
if (mode==1):
cipher = Cipher(algorithms.SM4(key), modes.OFB(iv))
if (mode==2):
cipher = Cipher(algorithms.SM4(key), modes.CFB(iv))
if (mode==3):
cipher = Cipher(algorithms.SM4(key), modes.CTR(iv))
if (mode==4):
cipher = Cipher(algorithms.SM4(key), modes.ECB())
encryptor = cipher.encryptor()
str=padder.update(message.encode())+padder.finalize()
ciphertext = encryptor.update(str ) + encryptor.finalize()
# Now decrypt
decryptor = cipher.decryptor()
rtn=unpadder.update(decryptor.update(ciphertext) + decryptor.finalize())+unpadder.finalize()
print("Type:ttt",cipher.algorithm.name)
print("Mode:ttt",cipher.mode.name)
print("Message:tt",message)
print("Message with padding:t",str)
print("nKey:ttt",key.hex())
if (mode!=4): print("IV:ttt",iv.hex())
print("nCipher:ttt",ciphertext.hex())
print("Decrypt:tt",rtn.decode())
运行示例为：
Type: SM4
Mode: CBC
Message: Hello
Message with padding: b'Hellox0bx0bx0bx0bx0bx0bx0bx0bx0bx0bx0b'
Key: ff010929f29f618ea5181a6a2e9de7a0
IV: 56f8a40da11cd93a67172311470879c3
Cipher: 292994cf3bf587e2b9f020a6c94026c1
Decrypt: Hello
5. 结论
- SM2签名算法，签名速度要比ECDSA(P256)慢10倍。
- SM3哈希算法，哈希运算用时是SHA-1的3倍。
- SM4对称加密算法，比AES要慢很多。原因可能在于对AES有很多处理器加速。