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课外实践五SM2、SM3及SM4加密标准一、概述1.SM2椭圆曲线公钥密码算法加密标准SM2算法就是ECC椭圆曲线密码机制，但在签名、密钥交换方面不同于ECDSA、ECDH等国际标准，而是采取了更为安全的机制。
SM2-1椭圆曲线数字签名算法，SM2-2椭圆曲线密钥交换协议，SM2-3椭圆曲线公钥加密算法，分别用于实现数字签名密钥协商和数据加密等功能。
SM2算法与RSA算法不同的是，SM2算法是基于椭圆曲线上点群离散对数难题，相对于RSA算法，256位的SM2密码强度已经比2048位的RSA密码强度要高。
椭圆曲线算法公钥密码所基于的曲线性质：椭圆曲线多倍点运算构成一个单向函数。
在多倍点运算中，已知多倍点与基点，求解倍数的问题称为椭圆曲线离散对数问题。
对于一般椭圆曲线的离散对数问题，目前只存在指数级计算复杂度的求解方法。
与大数分解问题及有限域上离散对数问题相比，椭圆曲线离散对数问题的求解难度要大得多。
因此，在相同安全程度要求下，椭圆曲线密码较其他公钥密码所需的秘钥规模要小得多。
2.SM3哈希算法加密标准SM3是一种密码散列函数标准。
密码散列函数是散列函数的一种。
它被认为是一种单向函数，也就是说极其难以由散列函数输出的结果，回推输入的数据是什么。
这种散列函数的输入数据，通常被称为消息，而它的输出结果，经常被称为消息摘要。
SM3适用于商用密码应用中的数字签名和验证消息认证码的生成与验证以及随机数的生成，可满足多种密码应用的安全需求。
为了保证杂凑算法的安全性，其产生的杂凑值的长度不应太短，例如MD5输出128比特杂凑值，输出长度太短，影响其安全性SHA-1算法的输出长度为160比特，SM3算法的输出长度为256比特，因此SM3算法的安全性要高于MD5算法和SHA-1算法。
一个理想的密码散列函数应该有这些特性：对于任何一个给定的消息，它都很容易就能运算出散列数值；难以由一个已知的散列数值，去推算出原始的消息；在不更动散列数值的前提下，修改消息内容是不可行的；对于两个不同的消息，它不能给与相同的散列数值。
课外实践五SM2、SM3及SM4加密标准一、概述1.SM2椭圆曲线公钥密码算法加密标准SM2算法就是ECC椭圆曲线密码机制，但在签名、密钥交换方面不同于ECDSA、ECDH 等国际标准，而是采取了更为安全的机制.SM2-1椭圆曲线数字签名算法，SM2-2椭圆曲线密钥交换协议，SM2-3椭圆曲线公钥加密算法，分别用于实现数字签名密钥协商和数据加密等功能。
SM2算法与RSA算法不同的是，SM2算法是基于椭圆曲线上点群离散对数难题,相对于RSA算法，256位的SM2密码强度已经比2048位的RSA密码强度要高。
椭圆曲线算法公钥密码所基于的曲线性质：椭圆曲线多倍点运算构成一个单向函数.在多倍点运算中，已知多倍点与基点，求解倍数的问题称为椭圆曲线离散对数问题。
对于一般椭圆曲线的离散对数问题，目前只存在指数级计算复杂度的求解方法。
与大数分解问题及有限域上离散对数问题相比，椭圆曲线离散对数问题的求解难度要大得多。
因此，在相同安全程度要求下，椭圆曲线密码较其他公钥密码所需的秘钥规模要小得多。
2.SM3哈希算法加密标准SM3是一种密码散列函数标准.密码散列函数是散列函数的一种。
它被认为是一种单向函数，也就是说极其难以由散列函数输出的结果，回推输入的数据是什么。
这种散列函数的输入数据,通常被称为消息，而它的输出结果，经常被称为消息摘要。
SM3适用于商用密码应用中的数字签名和验证消息认证码的生成与验证以及随机数的生成,可满足多种密码应用的安全需求。
为了保证杂凑算法的安全性,其产生的杂凑值的长度不应太短，例如MD5输出128比特杂凑值,输出长度太短，影响其安全性SHA-1算法的输出长度为160比特，SM3算法的输出长度为256比特,因此SM3算法的安全性要高于MD5算法和SHA—1算法。
一个理想的密码散列函数应该有这些特性:对于任何一个给定的消息，它都很容易就能运算出散列数值；难以由一个已知的散列数值，去推算出原始的消息；在不更动散列数值的前提下,修改消息内容是不可行的；对于两个不同的消息，它不能给与相同的散列数值。
国密SM2加密算法的RCCA安全设计国密SM2加密算法的RCCA安全设计摘要：随着互联网的快速发展，信息安全成为了重要的关注领域。
作为一种新兴的密码算法，国密SM2被广泛应用于加密通信领域。
然而，随着计算机技术的不断发展，攻击者的攻击手段也越来越复杂。
为了提高SM2算法的安全性，本文提出了一种RCCA安全设计策略，旨在进一步保护SM2算法免受不同类型的攻击。
1. 引言SM2算法是我国自主设计的一种椭圆曲线公钥密码算法，具有高效、安全等特点，在我国加密通信中被广泛应用。
然而，随着计算机技术和密码分析的发展，SM2算法的安全性也面临着新的威胁。
2. SM2算法简介SM2算法基于椭圆曲线离散对数问题，主要包括密钥生成、加密和解密三个过程。
其中，密钥生成过程中使用了随机数生成算法；加密过程使用了随机数生成算法和点压缩算法；解密过程使用了椭圆曲线点恢复算法。
3. RCCA安全设计策略为了进一步提高SM2算法的安全性，本文提出了RCCA （Random Oracle ConvIncability against Chosen-Ciphertext Attacks）安全设计策略。
该策略主要包括以下几个方面的设计：3.1 随机数的生成与保密在SM2算法的密钥生成、加密和解密过程中，随机数的生成非常重要。
为了保证随机数的安全性，可以采用硬件随机数生成器和伪随机数生成器相结合的方式。
同时，需要确保生成的随机数在传输和存储过程中的保密性，可以采用加密传输和存储等措施。
3.2 密钥的保护与管理密钥是SM2算法安全性的关键因素，因此密钥的保护与管理非常重要。
可以采用密钥集中存储和密钥分散存储相结合的方式，将密钥分散存储在多个地方，以提高密钥的安全性。
同时，还可以使用密码学方法对密钥进行加密和保护。
3.3 对抗选择密文攻击选择密文攻击是一种常见的密码攻击方法，为了对抗这种攻击方式，可以采用密文检验和验证机制。
密文检验可以通过对密文的合法性和完整性进行验证，以识别篡改的密文。
安全的两方协作SM2签名算法SM2是一种基于椭圆曲线密码体制的数字签名算法，适用于安全的两方协作签名方案。
在SM2算法中，有两个主要参与者：密钥生成中心（KGC）和签名者。
KGC负责生成密钥对，并将公钥广播给所有签名者。
签名者使用自己的私钥和KGC的公钥来生成签名，而验证者则使用KGC的公钥和签名者的公钥来验证签名的有效性。
SM2算法的安全性主要基于椭圆曲线密码学的难解性和随机性。
在椭圆曲线密码体制中，找到一个合法的密钥对是计算上困难的，因此攻击者很难伪造签名者的私钥。
SM2算法还使用了随机数来增加签名的随机性和不可预测性，使得攻击者更难预测签名的结果。
与其他数字签名算法相比，SM2算法具有较高的安全性和效率。
SM2算法的签名长度固定，因此比RSA等算法更适合用于网络传输等场景。
SM2算法还具有良好的抗量子计算攻击能力，因此在未来量子计算环境下也具有较好的应用前景。
SM2是一种高效安全的两方协作数字签名算法，适用于需要数字签名的各种场景，特别是在需要保证数据完整性和安全性的网络传输中具有广泛的应用前景。
随着移动互联网的飞速发展，人们对于安全、便捷的数据传输和数字签名需求日益增长。
在这篇文章中，我们将探讨轻量级SM2两方协同签名的概念、特点、优点及应用场景，以此应对移动互联网环境下的安全挑战。
轻量级SM2两方协同签名是一种基于椭圆曲线密码学的数字签名技术，其安全性高、计算量小、部署方便等特点使其在移动互联网环境中备受。
轻量级SM2两方协同签名的优点主要表现在以下几个方面。
它采用了非对称加密算法，确保了消息的机密性和完整性。
由于其算法优化，计算量相对较小，能够在移动设备上快速处理，使得用户体验更加流畅。
该技术部署方便，对设备资源要求较低，适合在各种类型的移动设备上运行。
在移动互联网环境下，轻量级SM2两方协同签名有着广泛的应用场景。
例如，在安全电子邮件中，可以利用该技术确保邮件的来源和内容不被篡改，保护用户的隐私和安全。
SM2算法简介SM2算法简单介绍2009年11月目录1SM2算法和RSA算法有什么关系？ (1)2为什么要采用SM2算法替换RSA算法？ (1)3SM2和椭圆曲线算法是什么关系？ (3)4椭圆曲线算法是什么原理？ (3)5SM2算法可以进行哪些密码应用？ (4)6SM2算法速度快吗？ (4)7SM2签名算法支持多大的数据量，签名结果为多少字节？ (5)8SM2加密算法支持多大的数据量，加密结果增加多少字节？ (5)9SM2相关算法有哪些？ (5)国家密码管理局于2010年12月17日发布了SM2椭圆曲线公钥密码算法，并要求为对现有基于RSA算法的电子认证系统、密钥管理系统、应用系统进行升级改造。
关于算法标准，请参见《国家密码管理局公告（第21 号）》，网址为/。
SM2算法是一种什么样的加密算法，有什么特点，如何进行应用？本文整理在SM2应用实践中遇到的问题，供大家分享。
1 SM2算法和RSA算法有什么关系？SM2算法和RSA算法都是公钥密码算法，SM2算法是一种更先进安全的算法，在我们国家商用密码体系中被用来替换RSA算法。
2 为什么要采用SM2算法替换RSA算法？随着密码技术和计算技术的发展，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算法在安全性、性能上都具有优势，参见表1算法攻破时间，表2算法性能。
表1 算法攻破时间表2 算法性能3 SM2和椭圆曲线算法是什么关系？一提起曲线，大家就会想到方程，椭圆曲线算法是通过方程确定的，SM2算法采用的椭圆曲线方程为：y2 = x3 + ax + b在SM2算法标准中，通过指定a、b系数，确定了唯一的标准曲线。
同时，为了将曲线映射为加密算法，SM2标准中还确定了其它参数，供算法程序使用。
4 椭圆曲线算法是什么原理？本文不探讨椭圆曲线的数学理论，仅通过图示展示算法原理。
请参见下图：图1 椭圆曲线算法原理上图为方程：y2 = x3–x的曲线。
一、信息系统安全包括四个侧面：设备安全，数据安全，内容安全，行为安全。
设备安全：是指确保信息设备的稳定性、可靠性和可用性，这里的设备包括软件和硬件。
数据安全：包括数据的秘密性、数据的真实性和数据的完整性3个侧面。
行为安全：包括行为秘密性、行为完整性和行为可控性3个侧面。
二、密码技术的基本思想是伪装信息，伪装就是对数据施加一种可逆的数学变换。
三、密码体制，由5部分组成：①明文空间M，它是全体明文的集合。
②密文空间C，它是全体密文的集合。
③密钥空间K，它是全体密钥的集合。
其中一个密钥K均由加密密钥K e和解密密钥K d组成，即K=<K e，K d>。
④加密算法E，它是一族由M到C的加密变换。
⑤解密算法D，它是一族由C到M的解密变换。
如果一个密码体制的K d=K e，或由其中一个很难推出另外一个，则称为（单密钥密码体制）或则传统传统密码体制，否则称为（双密钥密码体制）。
如果在计算上K d不能由K e推出，这样将K e公开也不会损害K d 的安全，于是便可将K e公开，这种密码体制称为公开密钥密码体制，简称（公钥密码体制）。
四、密码体制分类：①根据明密文的划分和密钥的使用不同，可将密码体制分为分组密码和序列密码体制。
分组密码：将明文M划分为一系列的明文块M i，通常每块包含若干位或字符，所有明文块M i使用同一个密钥K e进行加密。
序列密码：将明文和密钥都划分为位或字符的序列，并对明文序列中每一位或字符都用密钥序列中对应的分量来加密。
②根据加密算法在使用过程中是否变化，将密码体制分为固定算法密码体制和演化算法密码体制。
五、密码分析：1、攻击密码的方法主要有以下三种：①穷举攻击（最基本攻击）②统计分析攻击③数学分析攻击2、根据密码分析者可利用的数据资源来分类，可将攻击密码的类型分为4种：①仅知密文攻击（对分析者最不利的情况）②已知明文攻击：已经知道某些明文----密文对来破译密码，一个密码仅当它能经得起已知明文攻击时才是可取的。
商密算法SM2、SM3、SM4的⽤途和原理SM1对称密码SM1 算法是分组密码算法，分组长度为128位，密钥长度都为 128 ⽐特，算法安全保密强度及相关软硬件实现性能与 AES 相当，算法不公开，仅以IP核的形式存在于芯⽚中。
采⽤该算法已经研制了系列芯⽚、智能IC卡、智能密码钥匙、加密卡、加密机等安全产品，⼴泛应⽤于电⼦政务、电⼦商务及国民经济的各个应⽤领域（包括国家政务通、警务通等重要领域）。
SM2椭圆曲线公钥密码算法SM2算法就是ECC椭圆曲线密码机制，但在签名、密钥交换⽅⾯不同于ECDSA、ECDH等国际标准，⽽是采取了更为安全的机制。
另外，SM2推荐了⼀条256位的曲线作为标准曲线。
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，并在每个部分的附录详细说明了实现的相关细节及⽰例。
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。
sm2加密原理SM2加密是一种基于国家密码体制规范（GM/T0009-2012）和国家标准（NIST）中提出的非对称加密标准，是一种比公钥加密更安全的加密协议。
它在支持国家标准SM2，SM3，SM4和国家认可的其他算法的基础上构建。
它具有良好的性能，安全性和可靠性。
SM2加密的基本原理是对消息的哈希值进行签名。
加密过程需要提供哈希函数和散列函数，其中散列函数用来生成消息的摘要，哈希函数用来创建签名所需的签名数据。
SM2加密是椭圆曲线加密算法，它使用一条椭圆曲线和两个坐标系来确定公钥交换的密钥。
椭圆曲线的特定点和坐标系的特定点是加密的基础，也可以被称为公钥和私钥。
在SM2加密中，椭圆曲线使用默认参数创建，其中a和b参数由国家密码体制规范指定，在SM2加密中一般采用基本椭圆曲线：y^2 = x^3 + ax + b。
SM2加密的公钥交换有两种模式：生成密钥对（签名者和验证者）以及密钥协商（双方）。
生成密钥对模式是由签名者生成私钥（或椭圆曲线上的点），生成公钥（由椭圆曲线点乘以域值），然后将其发送给验证者，由验证者根据生成的公钥验证签名者的签名。
密钥协商模式主要是为了解决通信双方私钥的安全传输问题，由双方协商私钥生成算法，双方运用发送的公钥计算出私钥，从而完成双方的加密传输。
SM2加密还能实现对多方的加密传输，即使用一对公钥，多个私钥，多方可以使用公钥对自己的信息进行加密，同时使用自己的私钥解密信息。
SM2加密提供多方加解密实现，可以为多方同时分享信息。
SM2加密比其他公钥加密方式更加安全，其特点在于结合了椭圆曲线加密算法、安全哈希函数、非对称加密、多方加密等特性，能够有效防止数据的被窃、篡改和中间人攻击。
国家密码体制规范的认可使SM2加密成为一种更安全的加密算法，因此这种加密算法在安全性、可靠性和性能上也得到了很大改善。
SM2加密在支付宝、微信及其他行业被广泛应用，可以很好的保证信息的安全传输，这是因为它的安全性和可靠性，使得它成为当前支付宝和微信等行业的更安全的加密算法。
SM2加密解密和数字签名验证的硬件设计摘要：随着信息化时代的不断发展，加密解密技术和数字签名技术越来越重要。
本文提出了一种基于SM2加密解密和数字签名验证的硬件设计方案。
首先，文章介绍了SM2加密解密算法及其特点，然后阐述了数字签名算法的原理和应用，接着设计了基于FPGA芯片的SM2加密解密和数字签名验证的硬件电路，包括数据输入输出模块、加解密核心模块、数字签名验证核心模块、控制模块等。
最后，对设计过程中出现的一些问题进行了分析，并对设计方案的可行性和有效性进行评估。
关键词：SM2；加密解密；数字签名；FPGA；硬件设计1.引言随着互联网技术的迅速发展，信息安全问题也变得越来越突出。
加密解密技术和数字签名技术是保障信息安全的重要手段。
本文提出了一种基于SM2加密解密和数字签名验证的硬件设计方案。
2.SM2加密解密算法SM2加密解密算法是我国自主研发的一种非对称加密算法。
与RSA算法相比，SM2算法不仅具有相同的安全性，而且具有更高的运算速度和更小的存储空间。
SM2算法使用椭圆曲线密码学进行密钥生成和加密解密，其实现过程分为密钥生成、加密和解密三个部分。
3.数字签名算法数字签名算法是一种用于验证文档或消息真实性和完整性的方法。
数字签名通常由私钥生成，由公钥验证。
数字签名的主要目的是验证发送方的身份以及消息的完整性和真实性。
数字签名还可以防止抵赖，因为签名不能伪造或篡改。
4.基于FPGA芯片的硬件设计本文设计了一种基于FPGA芯片的SM2加密解密和数字签名验证的硬件电路。
硬件电路包括数据输入输出模块、加解密核心模块、数字签名验证核心模块、控制模块等。
数据输入模块用于接收待加密或待验证的数据，输出模块用于输出加密或验证结果。
加解密核心模块是整个电路的主要部分，用于实现SM2的加密和解密算法。
数字签名验证核心模块用于验证数字签名的真实性和完整性。
控制模块用于控制整个电路的运行和流程。
5.问题分析及可行性评估在设计过程中，我们遇到了许多问题，如设计难度、算法实现、电路布局和优化等。
国产商用密码算法SM2及其相关标准介绍谢宗晓 李达 马春旺（中国金融认证中心）1 概述公钥密码算法的产生主要是为了解决密钥分发困难的问题1）。
1976年，Whitfield Diffie 和Martin Hellman 提出了公开密钥加密的设计思想，但当时并未能给出实现的算法。
之后，有多种算法被提出，但经得住考验得到大面积应用的主要是Ron Rivest、Adi Shamir 和Leonard Adleman 在1978年提出的RSA 算法。
直到现在，RSA 几乎成了公钥密码领域事实上的标准。
关于公钥密码算法的更多基础知识，请参考文献[1]。
RSA 算法的安全性，主要是基于大整数质因数分解的困难性，这意味着如果这个整数太小，就很容易受到暴力攻击。
所以，RSA 算法的密钥，越来越长。
NIST 2）建议在2010年12月31日前停止使用RSA1024，升级至RSA2048。
当然，到目前，也没有明确的证据表明RSA1024已经被破解了，但是从当前计算能力的升级速度推测，RSA1024确实已经不安全了。
密钥长度的不断增加意味着效率在不停地降低，与一味地增加密钥长度相比，寻求更合适的陷门单向函数是解决这个问题更佳途径。
Neal Koblitz 3）和Victor Miller 4）分别独立地在1985年将椭圆曲线引入密码学领域。
2 椭圆曲线密码学椭圆曲线密码学（Elliptic curve cryptography，ECC）的数学基础远没有RSA 算法那么易于理解。
首先，椭圆曲线和椭圆是两码事，两者之间联系不大。
最常见的椭圆曲线方程，如公式（1）典型的二元三次方程。
但是这个方程的几何表现形式并不是椭圆，或者说，跟椭圆基本没什么关系。
其图形如图1中的示例。
1）在Diffie& Hellman [4]发表于1976年论文中指出，在对称密码中，不仅存在“密钥分发困难”的问题，还存在一个问题是“密文中集成了密钥”。
