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文檔簡(jiǎn)介
1、.國(guó)產(chǎn)密碼算法及應(yīng)用商用密碼,是指能夠?qū)崿F(xiàn)商用密碼算法的加密、解密和認(rèn)證等功能的技術(shù)。(包括密碼算法編程技術(shù)和密碼算法芯片、加密卡等的實(shí)現(xiàn)技術(shù))。商用密碼技術(shù)是商用密碼的核心,國(guó)家將商用密碼技術(shù)列入國(guó)家秘密,任何單位和個(gè)人都有責(zé)任和義務(wù)保護(hù)商用密碼技術(shù)的秘密。商用密碼的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛,主要用于對(duì)不涉及國(guó)家秘密內(nèi)容但又具有敏感性的內(nèi)部信息、行政事務(wù)信息、經(jīng)濟(jì)信息等進(jìn)行加密保護(hù)。比如各種安全認(rèn)證、網(wǎng)上銀行、數(shù)字簽名等。為了保障商用密碼安全,國(guó)家商用密碼管理辦公室制定了一系列密碼標(biāo)準(zhǔn),包括SSF33、SM1(SCB2)、SM2、SM3、SM4、SM7、SM9、祖沖之密碼算法等等。其中SSF33、S
2、M1、SM4、SM7、祖沖之密碼是對(duì)稱算法;SM2、SM9是非對(duì)稱算法;SM3是哈希算法。目前已經(jīng)公布算法文本的包括SM2橢圓曲線公鑰密碼算法、SM3密碼雜湊算法、SM4分組密碼算法等。一、 國(guó)密算法簡(jiǎn)介1. SM1對(duì)稱密碼國(guó)密SM1算法是由國(guó)家密碼管理局編制的一種商用密碼分組標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱算法,分組長(zhǎng)度為128位,密鑰長(zhǎng)度都為128比特,算法安全保密強(qiáng)度及相關(guān)軟硬件實(shí)現(xiàn)性能與AES相當(dāng),算法不公開(kāi),僅以IP核的形式存在于芯片中。采用該算法已經(jīng)研制了系列芯片、智能IC卡、智能密碼鑰匙、加密卡、加密機(jī)等安全產(chǎn)品,廣泛應(yīng)用于電子政務(wù)、電子商務(wù)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域(包括國(guó)家政務(wù)通、警務(wù)通等重要領(lǐng)域)。
3、2. SM2橢圓曲線公鑰密碼算法SM2算法就是ECC橢圓曲線密碼機(jī)制,但在簽名、密鑰交換方面不同于ECDSA、ECDH等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),而是采取了更為安全的機(jī)制。國(guó)密SM2算法標(biāo)準(zhǔn)包括4個(gè)部分,第1部分為總則,主要介紹了ECC基本的算法描述,包括素?cái)?shù)域和二元擴(kuò)域兩種算法描述,第2部分為數(shù)字簽名算法,這個(gè)算法不同于ECDSA算法,其計(jì)算量大,也比ECDSA復(fù)雜些,也許這樣會(huì)更安全吧,第3部分為密鑰交換協(xié)議,與ECDH功能相同,但復(fù)雜性高,計(jì)算量加大,第4部分為公鑰加密算法,使用ECC公鑰進(jìn)行加密和ECC私鑰進(jìn)行加密算法,其實(shí)現(xiàn)上是在ECDH上分散出流密鑰,之后與明文或者是密文進(jìn)行異或運(yùn)算,并沒(méi)有采用第
4、3部分的密鑰交換協(xié)議產(chǎn)生的密鑰。對(duì)于SM2算法的總體感覺(jué),應(yīng)該是國(guó)家發(fā)明,其計(jì)算上比國(guó)際上公布的ECC算法復(fù)雜,相對(duì)來(lái)說(shuō)算法速度可能慢,但可能是更安全一點(diǎn)。設(shè)需要發(fā)送的消息為比特串M,len為M的比特長(zhǎng)度。為了對(duì)明文M進(jìn)行加密,作為加密者的用戶應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下運(yùn)算步驟:步驟1:用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)k1,n -1;步驟2:計(jì)算橢圓曲線點(diǎn)C1=kG=(X1 ,Y1 ),將C1的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為比特串;步驟3:計(jì)算橢圓曲線點(diǎn)S=hP ,若S是無(wú)窮遠(yuǎn)點(diǎn),則報(bào)錯(cuò);步驟4:計(jì)算橢圓曲線點(diǎn)kP =(X2,Y2),將坐標(biāo)X2,Y2的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為比特串;步驟5:計(jì)算t=KDF(x2 ll y2 ,len),若t為
5、全0比特串,則返回步驟1;步驟6:計(jì)算C2 = M t;步驟7:計(jì)算C3=Hash(x2 ll M ll y2);步驟8:輸出密文C=C1 ll C2 ll C3。2010年底,國(guó)家密碼管理局公布了我國(guó)自主研制的“橢圓曲線公鑰密碼算法”(SM2算法)。為保障重要經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)密碼應(yīng)用安全,國(guó)家密碼管理局于2011年發(fā)布了關(guān)于做好公鑰密碼算法升級(jí)工作的通知,要求“自2011年3月1日期,在建和擬建公鑰密碼基礎(chǔ)設(shè)施電子認(rèn)證系統(tǒng)和密鑰管理系統(tǒng)應(yīng)使用SM2算法。自2011年7月1日起,投入運(yùn)行并使用公鑰密碼的信息系統(tǒng),應(yīng)使用SM2算法?!苯?,人民銀行組織召開(kāi)多次專題會(huì)議討論研究金融領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)加密算法升級(jí)改造
6、的相關(guān)工作。3. SM3雜湊算法又叫文摘算法,也有叫雜湊算法的。功能與MD5,SHA-1相同。產(chǎn)生256位的編碼。該算法位不可逆的算法。具體算法也是保密。SM3密碼雜湊算法給出了雜湊函數(shù)算法的計(jì)算方法和計(jì)算步驟,并給出了運(yùn)算示例。此算法適用于商用密碼應(yīng)用中的數(shù)字簽名和驗(yàn)證,消息認(rèn)證碼的生成與驗(yàn)證以及隨機(jī)數(shù)的生成,可滿足多種密碼應(yīng)用的安全需求。在SM2、SM9標(biāo)準(zhǔn)中使用。此算法對(duì)輸入長(zhǎng)度小于2的64次方的比特消息,經(jīng)過(guò)填充和迭代壓縮,生成長(zhǎng)度為256比特的雜湊值,其中使用了異或,模,模加,移位,與,或,非運(yùn)算,由填充,迭代過(guò)程,消息擴(kuò)展和壓縮函數(shù)所構(gòu)成。SM3算法包括預(yù)處理、消息擴(kuò)展和計(jì)算Has
7、h值三部分。預(yù)處理部分由消息填充和消息分組兩部分組成。首先將接收到的消息末尾填充一個(gè)“1” , 再添加k個(gè)“0”,使得填充后的數(shù)據(jù)成為滿足length = 448mod512bit的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度,再在末尾附上64bit消息長(zhǎng)度的二進(jìn)制表示數(shù), 然后將消息分成512bit的子塊,最后將每個(gè)512bit的消息子塊擴(kuò)展成132個(gè)字用于Hash值的計(jì)算。SM3算法計(jì)算流程圖如圖所示。SM3算法的Hash運(yùn)算主要是在壓縮函數(shù)部分,壓縮函數(shù)共包含64輪,每輪包括12步運(yùn)算,64輪循環(huán)計(jì)算結(jié)束后,再將計(jì)算結(jié)果與輸入到本輪計(jì)算的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行異或運(yùn)算,即上一次Hash運(yùn)算的Hash值輸出與輸入到本輪計(jì)算的初始數(shù)據(jù)異
8、或得到本次Hash值輸出,Hn即為最終的Hash值,H0為設(shè)計(jì)者提供的初始值IV。圖 SM3算法流程圖4. SM4對(duì)稱算法此算法是一個(gè)分組算法,用于無(wú)線局域網(wǎng)產(chǎn)品。該算法的分組長(zhǎng)度為128比特,密鑰長(zhǎng)度為128比特。加密算法與密鑰擴(kuò)展算法都采用32輪非線性迭代結(jié)構(gòu)。解密算法與加密算法的結(jié)構(gòu)相同,只是輪密鑰的使用順序相反,解密輪密鑰是加密輪密鑰的逆序。定義反序變換R為: R(A0,A1,A2,A3)=(A3,A2,A1,A0),AiZ322,i = 0,1,2,3。設(shè)明文輸入為(X0,X1,X2,X3)(Z322)4,密文輸出為(Y0,Y1,Y2,Y3)(Z322)4 ,輪密鑰為rk i Z32
9、2。則本算法的加密變換為: Xi+4 = F(Xi,Xi+1,Xi+2, Xi+3,rki)= XiT(Xi+1Xi+2 Xi+3rki),i= 0,1,2,3,31.(Y0,Y1,Y2,Y3)= R(X32,X33,X34,X35)=(X35,X34,X33,X32)。本算法的解密變換與加密變換結(jié)構(gòu)相同,不同的僅是輪密鑰的使用順序。 加密時(shí)輪密鑰的使用順序?yàn)椋海╮k0, rk1, , rk31)。 解密時(shí)輪密鑰的使用順序?yàn)椋海╮k31, rk30, , rk0)。SM4算法的優(yōu)點(diǎn)是軟件和硬件實(shí)現(xiàn)容易,運(yùn)算速度快,但該算法的缺點(diǎn)是消息安全取決于對(duì)密鑰的保護(hù),泄漏密鑰就意味著任何人都能對(duì)消息進(jìn)行
10、密碼和解密。由于其加密過(guò)程和解密過(guò)程互逆,這兩個(gè)過(guò)程均使用相同的保密密鑰,使得對(duì)稱密鑰加密體制的適用范圍受到了很大限制。5. SM7對(duì)稱密碼SM7算法是一種分組密碼算法,分組長(zhǎng)度為128比特,密鑰長(zhǎng)度為128比特。SM7的算法文本目前沒(méi)有公開(kāi)發(fā)布。SM7適用于非接IC卡應(yīng)用包括身份識(shí)別類應(yīng)用(門禁卡、工作證、參賽證),票務(wù)類應(yīng)用(大型賽事門票、展會(huì)門票),支付與通卡類應(yīng)用(積分消費(fèi)卡、校園一卡通、企業(yè)一卡通、公交一卡通)。6. SM9非對(duì)稱算法SM9是基于對(duì)的標(biāo)識(shí)密碼算法,與SM2類似,包含四個(gè)部分:總則,數(shù)字簽名算法,密鑰交換協(xié)議以及密鑰封裝機(jī)制和公鑰加密算法。在這些算法中使用了橢圓曲線上的
11、對(duì)這一個(gè)工具,不同于傳統(tǒng)意義上的SM2算法,可以實(shí)現(xiàn)基于身份的密碼體制,也就是公鑰與用戶的身份信息即標(biāo)識(shí)相關(guān),從而比傳統(tǒng)意義上的公鑰密碼體制有許多優(yōu)點(diǎn),省去了證書管理等。雙線性對(duì)的雙線性的性質(zhì)是基于對(duì)的標(biāo)識(shí)密碼SM2中的總則部分同樣適用于SM9,由于SM9總則中添加了適用于對(duì)的相關(guān)理論和實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。SM9給出了數(shù)字簽名算法(包括數(shù)字簽名生成算法,數(shù)字簽名驗(yàn)證算法),密鑰交換協(xié)議,以及密鑰封裝機(jī)制和公鑰加密算法(包括密鑰封裝算法,加密盒解密算法)。數(shù)字簽名算法適用于接收者通過(guò)簽名者的標(biāo)識(shí)驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完整性和數(shù)據(jù)發(fā)送者的身份,也適用于第三方確定簽名及所簽數(shù)據(jù)的真實(shí)性。密鑰交換協(xié)議可以使用通信雙方通過(guò)雙
12、方的標(biāo)識(shí)和自身的私鑰經(jīng)過(guò)兩次或者可選三次信息傳遞過(guò)程,計(jì)算獲取一個(gè)由雙方共同決定的共享秘密密鑰。密鑰封裝機(jī)制和公鑰加密算法中,利用密鑰封裝機(jī)制可以封裝密鑰給特定的實(shí)體。公鑰加密和解密算法即基于標(biāo)識(shí)的非對(duì)稱秘密算法,該算法使消息發(fā)送者可以利用接收者的標(biāo)識(shí)對(duì)消息進(jìn)行加密,唯有接收者可以用相應(yīng)的私鑰對(duì)該密文進(jìn)行解密,從而獲取消息?;趯?duì)的算法中同樣使用了國(guó)家密管理局批準(zhǔn)的SM3密碼雜湊算法和隨機(jī)數(shù)發(fā)生器,密鑰封裝機(jī)制和公鑰加密算法中使用了國(guó)家密碼管理局批準(zhǔn)的對(duì)稱密碼算法和消息認(rèn)證碼函數(shù)。7. 祖沖之對(duì)稱算法祖沖之密碼算法由中國(guó)科學(xué)院等單位研制,運(yùn)用于下一代移動(dòng)通信4G網(wǎng)絡(luò)LTE中的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)密碼算法。
13、祖沖之密碼算法(ZUC)的名字源于我國(guó)古代數(shù)學(xué)家祖沖之,祖沖之算法集是由我國(guó)學(xué)者自主設(shè)計(jì)的加密和完整性算法,是一種流密碼。它是兩個(gè)新的LTE算法的核心,這兩個(gè)LTE算法分別是加密算法128-EEA3和完整性算法128-EIA3。ZUC算法由3個(gè)基本部分組成,依次為:1、比特重組;2、非線性函數(shù)F;3、線性反饋移位寄存器(LFSR)。二、 國(guó)密算法行業(yè)應(yīng)用2014年,中國(guó)銀聯(lián)發(fā)布了中國(guó)銀聯(lián)IC卡技術(shù)規(guī)范和中國(guó)銀聯(lián)銀行卡聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合技術(shù)規(guī)范,在兼容最新國(guó)際通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上支持國(guó)產(chǎn)密碼,豐富了安全算法體系,促進(jìn)了信息安全,自主可控水平實(shí)現(xiàn)提高。1. 長(zhǎng)沙銀行長(zhǎng)沙銀行是首批開(kāi)展國(guó)密算法金融IC卡試點(diǎn)銀
14、行之一,此次發(fā)行金融IC卡中采用了我國(guó)安全可控的國(guó)密算法芯片。應(yīng)用在長(zhǎng)沙銀行金融IC卡上的大唐CE3D系列雙界面金融安全芯片采用了32位CPU內(nèi)核,擁有高達(dá)80KB的EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間,符合PBOC3.0中SM2/3/4算法升級(jí)要求,支持JAVA操作技術(shù),具有高安全、高性能、低功耗的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)國(guó)密算法的金融IC卡成功跨行交易。2. 鶴壁銀行2014年5月12日,PBOC3.0國(guó)密多應(yīng)用金融IC卡項(xiàng)目產(chǎn)品展示會(huì)暨示范應(yīng)用推廣研討會(huì)在河南鶴壁召開(kāi)。在本次研討會(huì)上,全球首張加載PBOC3.0國(guó)產(chǎn)密碼算法的金融IC卡正式亮相,并在鶴壁銀行實(shí)現(xiàn)了首批試商用發(fā)卡。作為國(guó)產(chǎn)智能卡芯片的佼佼者,同方微電
15、子為本次發(fā)卡提供了符合規(guī)范的芯片產(chǎn)品THD86。該項(xiàng)目通過(guò)推進(jìn)金融信息系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)密碼的應(yīng)用,將為打破國(guó)外密碼算法及產(chǎn)品在金融領(lǐng)域應(yīng)用的壟斷局面、全面帶動(dòng)國(guó)內(nèi)信息安全及金融服務(wù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有力保障,實(shí)現(xiàn)國(guó)家金融安全的重大戰(zhàn)略。金融IC卡國(guó)產(chǎn)密碼算法應(yīng)用示范項(xiàng)目自2013年5月份開(kāi)始已取得了階段性的成果,分別完成了支持國(guó)產(chǎn)密碼算法的銀行端系統(tǒng)改造、ATM、POS、刷卡器、加密機(jī)、IC卡芯片等一系列產(chǎn)品的研發(fā)和接入銀行系統(tǒng),組成了包括芯片廠商、COS廠商、卡商、密碼設(shè)備供應(yīng)商、支撐系統(tǒng)提供商及銀行核心系統(tǒng)供應(yīng)商等的金融IC卡國(guó)產(chǎn)密碼應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈。同方微電子在此項(xiàng)目中應(yīng)用的THD86是國(guó)內(nèi)首款3
16、2位CPU雙界面卡芯片,國(guó)內(nèi)首款通過(guò)銀聯(lián)芯片安全認(rèn)證的雙界面卡芯片,國(guó)內(nèi)率先通過(guò)國(guó)密二級(jí)認(rèn)證的雙界面卡芯片,支持金融應(yīng)用擴(kuò)展,符合PBOC3.0標(biāo)準(zhǔn),支持國(guó)外密碼算法和國(guó)產(chǎn)密碼雙算法體系。THD86在PBOC3.0國(guó)密多應(yīng)用金融IC卡示范應(yīng)用中的成功,將對(duì)我國(guó)普及推廣該項(xiàng)目成果具有重要的示范作用。3. 工商銀行工商銀行根據(jù)國(guó)密算法應(yīng)用實(shí)施總體規(guī)劃,從2012年下半年開(kāi)始,工商銀行啟動(dòng)國(guó)密算法及產(chǎn)品的相關(guān)研究和測(cè)評(píng)工作,并于2013年開(kāi)始在電子認(rèn)證、網(wǎng)上銀行、金融IC卡及移動(dòng)支付等關(guān)鍵領(lǐng)域率先啟動(dòng)國(guó)密算法應(yīng)用試點(diǎn)工作??蛻綦娮诱J(rèn)證系統(tǒng)是工商銀自建的為網(wǎng)上銀行客戶提供電子認(rèn)證服務(wù)的系統(tǒng),在2013年8月完成國(guó)密算法應(yīng)用改造以及機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)等環(huán)境改造。改造后增加了國(guó)密SM2算法證書的后臺(tái)管理功能,并配合網(wǎng)上銀行實(shí)現(xiàn)國(guó)密U盾的簽發(fā)和交易數(shù)據(jù)簽名驗(yàn)簽功能。該系統(tǒng)在2013年11月通過(guò)國(guó)密局安全審查,成為金融領(lǐng)域自建電子認(rèn)證系統(tǒng)第一家通過(guò)國(guó)家密碼管理局安全性審查的單位。同時(shí),工商銀行還在網(wǎng)上銀行、金融IC卡及移動(dòng)
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