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
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.bouncycastle</groupId>
<artifactId>bcprov-jdk15to18</artifactId>
<version>1.64</version>
</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;
/**
* SM2算法工具类
*/
public class Sm2CryptTools {
private final KeyPair mKeyPair;
public Sm2CryptTools() throws Exception {
mKeyPair = initKey();
}
/**
* 创建密钥对
* @return 密钥对KeyPair
* @throws Exception
*/
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);
}
}
/**
* sm2加密算法
* @param pubkey：公钥
* @param plainData：要加密的字符串
* @return：加密结果
*/
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;
}
/**
* sm2解密算法
* @param priKey：私钥
* @param cipherData：要解密的字符串
* @return
*/
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;
}
/**
* 测试函数
*/
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();
}
}
/**
* 主函数
* @param args
*/
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.*;
/**
* SM2引擎类
*/
public class MySm2Engine {
public static final int Type_Encode = 0;
public static final int Type_Decode = 1;
/**
* 创建一个SM2引擎
* @param pubKey
* @param priKey
* @param enOrde
* @return
* @throws Exception
*/
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!
总结
近几年，已经开始了加密算法国产替代，其中，SM2算法作为非对称算法，担任了重要的角色。很多具有密码资质的安全产品中，也都广泛运用了SM2算法。
国产安全，砥砺前行！