含泪入坑 GMSSL

个人博客

最近一次去理发，天桥底下手艺最好的发型师老张告诉我：不能再剪了，你的发量本来就不多。

是的，最近在搞商密（实情也可能是被商密搞），在存量系统里搞到头秃实属正常，不过这次不谈这个，写篇博客缓一缓。

首先是一点点基础 😉

在通用密码学领域，主要有 3 种技术：

• 对称加密（Symmetric），使用一个密钥（一串很大的数字）将明文处理为密文，加密和解密使用同一个密钥，典型算法如 DES、三重 DES、AES。由于 DES、三重 DES、AES 都属于分组密码算法，只能加密固定长度的明文（DES 64 bit，AES 128 bit），而现实中经常需要处理超出分组长度的明文，因此必须进行迭代处理，一般有 6 种迭代模式可以选择：ECB（电子密码本模式）、CBC（密码分组链接模式）、CFB（密文反馈模式）、OFB（输出反馈模式）、CTR（计数器模式）、GCM（GMAC+CTR），此处不展开。一般不建议使用纯切块的 ECB 模式。
• 非对称加密（Asymmetric），同样是将明文处理为密文，加密和解密使用不同的密钥，两个密钥是基于数学上的大数分解得到唯一成对的两个数字，一个作为公钥，一个作为私钥，使用公钥加密后的密文只有对应的私钥才能解密，典型算法如 RSA。
• 单向散列（又称哈希），通过一个散列算法从明文得到散列值，但不能通过算法从散列值反向计算出明文（除非用哈希碰撞），典型算法如 MD5、SHA1、SHA224、SHA256、SHA384、SHA512、SHA3。散列值是明文的指纹。在学哈希表的时候大多数人就接触过，Java 里每个对象也有 hashCode 方法。另外，很多人会将哈希处理称为加密，这种说法显然是不正确的。

以上的技术，一般会用在哪里呢？

典型的应用领域为 TLS 层实现——可谓是集密码学技术之大成。我们日常访问各种网站时，可以留心一下浏览器地址栏最左边是否出现了一个🔒图标，有的话就用到了该技术。

在 TLS 层实现中，灵活地结合了非对称加密、对称加密、单向散列技术，可以简单地认为是通过非对称加密传递了对称密钥，然后使用对称密钥来加密传输数据，兼顾了安全性和处理效率。

还记得下面这张图吗？来自前面的一篇博文，出现在建立 HTTPS 连接过程中。我们来看看红框中的第 6 条记录—— TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA256。

• ECDHE 指密钥交换采用 ECDHE 方式进行；
• RSA 指身份认证采用 RSA 公钥密码算法；
• AES 指传输数据时采用 AES 算法加密；
• 128 指 AES 算法中用到的对称密钥长度为 128 位；
• CBC 指迭代方式为 CBC 模式；
• SHA256 指 MAC 或 PRF 算法的加密基元为 SHA256。

如果我们看第一条 TLS_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA256，则密钥交换和身份认证都是采用 RSA 公钥密码算法。

另一个比较火的应用领域就是区块链了，这个此处也不展开了。

为了对标国际通用密码学算法，国内搞出了 SM 系列算法，常用的包括 SM1/SM2/SM3/SM4/SM9。

• SM1 为分组密码算法，算法细节目前未公开，由有资质的厂商用硬件来实现——也就是没有软实现，主要通过加密卡的形式提供服务。
• SM2（GB/T 32918-2016）为公钥密码算法（也称非对称加密算法），可以部分替代 RSA。
• SM3（GB/T 32905-2016）为密码哈希算法，可以代替 MD5/SHA1/SHA256。
• SM4（GB/T 32907-2016）为分组密码算法，可以代替 AES/DES。
• SM9 为基于身份的密码算法，用于 SSL VPN，可以建立类似 PKI/CA 的身份体系。

接下来可以动手了

一般国际通用的算法，openssl 项目里都有实现，操作系统安装了 openssl，各种上层应用就可以使用这些通用密码学算法。为了推广 SM 算法，类似的实现不可或缺。北大的关志研究员在 github 上开源了一个比较活跃的项目—Gmssl，一个类似 OpenSSL 的商密算法工具。看项目首页的介绍，现在已经搞到 3.0 版本了。

下载 GMSSL-3.0.0 项目到 Fedora Workstation 36 ，编译需要一些依赖，刚装的白板系统里没有，先装上

sudo dnf install cmake g++

编译安装步骤比较简单

# 进入 src 目录
mkdir build
cd build
cmake ..
make 
make test
sudo make install

执行 gmssl 可以试试各种商密算法功能。

[1] 报错 "CMAKE_CXX_COMPILER-NOTFOUND"，应安装 g++

[2] 运行 gmssl，提示找不到 libgmssl.so.3，执行：sudo cp /usr/local/lib/libgmssl.so.3 /usr/lib/ && sudo ldconfig

[3] 编译提示找不到 CMakeLists.txt，在 /build 下执行：cmake build -S ../..