SM2算法全套（基于GMSSL）

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分类专栏：国密SM2算法文章标签：算法 ssl

于 2021-11-10 10:06:55 首次发布

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国密SM2算法系列操作

1. GMSSL安装
GMSSL安装步骤
装好之后可以调用命令行
2. GMSSL签发SM2密钥证书
GMSSL生成SM2证书

 	//生成私钥：
gmssl genpkey -algorithm EC -pkeyopt ec_paramgen_curve:sm2p256v1 -pkeyopt ec_param_enc:named_curve -out skey.pem

 	//生成公钥
 gmssl pkey -pubout -in skey.pem -out vrfykey.pem

公钥证书发给对方用于加密，私钥证书留存己方用于解密。

3. SM2概述
SM2是一种基于椭圆曲线密码算法的非对称加解密算法。

3.1椭圆曲线
方式一：自己指定椭圆曲线的参数。有限域上的一条椭圆曲线一共由六个量确定。有限域由两种（Fp和F2m，其中Fp为素数域）。六个量分别是：
p //素数域内点的个数
a //域内的一个大数
b //域内的一个大数，p、a、b确定一条椭圆曲线
x //基点的x坐标
y //基点的y坐标
n //基点的阶
有时，还会用到h(椭圆曲线上所有点的个数p与n相除的整数部分)。
根据这六个参数即可自己创建一个椭圆曲线

//详情参见GMSSL的sm2test.c
	const char p_hex[64] = "FFFFFFFEFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00000000FFFFFFFFFFFFFFFF";
	const char a_hex[64] = "FFFFFFFEFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00000000FFFFFFFFFFFFFFFC";
	const char b_hex[64] = "28E9FA9E9D9F5E344D5A9E4BCF6509A7F39789F515AB8F92DDBCBD414D940E93"
	const char x_hex[64] = "32C4AE2C1F1981195F9904466A39C9948FE30BBFF2660BE1715A4589334C74C7";
	const char y_hex[64] = "BC3736A2F4F6779C59BDCEE36B692153D0A9877CC62A474002DF32E52139F0A0";
	const char n_hex[64] = "FFFFFFFEFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF7203DF6B21C6052B53BBF40939D54123";

	EC_GROUP *group = NULL;
	BN_CTX *ctx = NULL;
	BIGNUM *p = NULL;
	BIGNUM *a = NULL;
	BIGNUM *b = NULL;
	BIGNUM *x = NULL;
	BIGNUM *y = NULL;
	BIGNUM *n = NULL;
	EC_POINT *G = NULL;
	point_conversion_form_t form = SM2_DEFAULT_POINT_CONVERSION_FORM;

	BN_hex2bn(&p, p_hex);   //首先需要把hex转化为大数类型
	...
	BN_hex2bn(&n, n_hex);

	group = EC_GROUP_new_curve_GFp(p, a, b, ctx); //根据pab生成素数域(阿贝尔群)
	G = EC_POINT_new(group);                      //根据group生成基点
	EC_POINT_set_affine_coordinates_GFp(group, G, x, y, ctx);//生成素数域上的仿射坐标
//若有限域为F2m，则为EC_POINT_set_affine_coordinates_GF2m(group, G, x, y, ctx);

	EC_GROUP_set_asn1_flag(group, 0);             //设置是否asn1编码，这关系到密文转换是o2i i2o还是i2d d2i

	EC_GROUP_set_point_conversion_form(group, form);

	return group;

方式二：采用SM2默认推荐的素数域256位的椭圆曲线

//初始化一个推荐椭圆曲线的算法组
	EC_GROUP *group = EC_GROUP_new_by_curve_name(NID_sm2p256v1);

3.2 SM2密钥生成
SM2公私钥：P=[d]G，G是基点已知的，大数d为私钥，点P(xP, yP)为公钥,xP、yP分别为生成公钥所需的xy坐标。

方式一：自己指定参数。

//生成加密用的公钥
	const char xP[64] = "435B39CCA8F3B508C1488AFC67BE491A0F7BA07E581A0E4849A5CF70628A7E0A";
	const char yP[64] = "75DDBA78F15FEECB4C7895E21C1CDF5FE01DEBB2CDBADF45399CF77BBA076A42";
	BIGNUM *x = NULL;
	BIGNUM *y = NULL;

	EC_KEY *ec_key = NULL;
	ec_key = EC_KEY_new();
	EC_KEY_set_group(ec_key, group);    //指定密钥所用的算法组

	BN_hex2bn(&x, xP);                  //将16进制数转化为大数
	BN_hex2bn(&y, yP);

	EC_KEY_set_public_key_affine_coordinates(ec_key, x, y);  //设置公钥

//生成解密用的私钥
	const char d_hex[64] = "1649AB77A00637BD5E2EFE283FBF353534AA7F7CB89463F208DDBC2920BB0DA0";
	BIGNUM *d = NULL;
	BN_hex2bn(&d,d_hex);

	EC_KEY *ec_key = NULL;
	ec_key = EC_KEY_new();
	EC_KEY_set_group(ec_key, group);    //指定密钥所用的算法组

	EC_KEY_set_group(ec_key, d);        //设置私钥

方式二：随机生成密钥对。

    EC_KEY *keypair = NULL;
    int ret1,ret2;

    keypair = EC_KEY_new();
    EC_GROUP *group1 = EC_GROUP_new_by_curve_name(NID_sm2p256v1);

    ret1 = EC_KEY_set_group(keypair, group1);
    ret2 = EC_KEY_generate_key(keypair);  //随机生成密钥对

方式三：从证书里读取公私钥。

//从证书文件中读取公钥（公钥为xy坐标确定的一个点）
	char pub_pem_file_path[128] = "/tmp/vrfykey.pem";

	BIO *pub_in = NULL;
	pub_in = BIO_new(BIO_s_file());    //openssl输入输出流
	if(BIO_read_filename(pub_in, pub_pem_file_path) <= 0){    //把pem文件信息读入文件流
		return -1;
	}

	EC_KEY *pub_key = NULL;
	PEM_read_bio_EC_PUBKEY(pub_in, &pub_key, NULL, NULL);  //从文件流中读取公钥

//打印公钥
	const EC_POINT *point_pub_key = EC_KEY_get0_public_key(pub_key);    //从公钥中拿到点
	const EC_GROUP *group = NULL;
group = EC_KEY_get0_group(pub_key);    //从公钥中获取密钥生成时所用的算法组

	BIGNUM *pub_x_bn = NULL;
	BIGNUM *pub_y_bn = NULL;
	BN_CTX *bn_ctx = NULL;
	if(!(pub_x_bn = BN_new()) || !(pub_y_bn = BN_new()) || !(BN_CTX_new())){
		return -1;
	}

	EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(group, point_pub_key, pub_x_bn, pub_y_bn, bn_ctx); //依据算法组从公钥点中拿坐标

	char *pub_x = BN_bn2hex(pub_x_bn);  //将公钥坐标由大数转化为十六进制
	char *pub_y = BN_bn2hex(pub_y_bn);

	printf("公钥的x坐标为:%s\n", pub_x);
	printf("公钥的y坐标为:%s\n", pub_y);

//从证书文件中读取私钥
	char *passin = NULL;               //读取私钥证书所需的密码，无密码则为空
	char pri _pem_file_path[128] = "/tmp/skey.pem";

	BIO *pri_in = NULL;
	pri_in = BIO_new(BIO_s_file());    //openssl输入输出流
	if(BIO_read_filename(pri_in, pri_pem_file_path) <= 0){    //把pem文件信息读入文件流
	return -1;
}

	EC_KEY *pri_key = NULL;
	PEM_read_bio_ECPrivateKey(pri_in, &pri_key, NULL, passin);  //从文件流中读取私钥

//打印私钥
	const BIGNUM *pri_key_bn = EC_KEY_get0_private_key(pri_key);  //私钥转为大数
	char *private_key = BN_bn2hex(pri_key_bn);  //大数转为十六进制，方便打印
	
	printf("私钥为:%s\n", private_key);

3.3 SM2加密

GM标准规定的SM2加密算法流程为:

旧标准的密文为C = C1 || C2 || C3，后来也有C = C1 || C3 || C2的形式，共两种。
实际运用中，GMSSL中已实现了该算法，函数名：SM2_do_encrypt()，我们只需要调用即可。

	printf("/***********SM2加密测试***********/");
	const char *plaintext = "test message";
	const size_t plaintext_len = strlen(plaintext);
	printf("明文为:%s\n", plaintext);

//进行加密
	SM2Ciphertextvalue *cv = NULL;    //标准格式的密文
	const EVP_MD *md = EVP_sm3();     //SM2加密所用的摘要算法默认为SM3
	if(!(cv = SM2_do_encrypt(md, (unsigned char *)plaintext, plaintext_len, pub_key))){  //杂凑函数、明文、明文长度、公钥
		printf("SM2_do_encrypt fail.");
		return -1;
	}

//打印密文
	const EC_GROUP *group = EC_KEY_get0_group(pub_key);

	unsigned char cipher_buf[512] = {0};
	unsigned char *cipher_text = cipher_buf;
	int cipher_text_len = i2o_SM2CiphertextValue(group, cv, &cipher_text);  //将标准密文cv转化为字符形式，存在cipher_buf中
	//注意，若EC_GROUP_set_asn1_flag设置为1，则用i2d_SM2CiphertextValue(cv, &cipher_text)这个接口。
	//EC_GROUP_new_by_curve_name(NID_sm2p256v1)出来的group默认asn1_flag为1.
	printf("加密后的密文为:%s\n", cipher_buf);
	printf("密文长度为:%d", cipher_text_len);
	printf("密文的十六进制为:");
	int i = 0;
	for(i = 0; i < cipher_text_len; i++){
		printf("%02x", cipher_buf[i]);  //不足两位补齐，如6AB输出为06AB
	}
	printf("\n");