下载文档原格式
国密算法在通信电子中的应用随着科技的不断发展，数据的传输和加密变得越来越重要。
而在这一过程中，安全性就成为了十分关键的问题，尤其是在通信领域。
为了保证通信数据的安全性，各大通信企业都开始着手开发和应用加密技术。
而在这些加密技术中，国密算法已经逐渐成为通信电子领域中最热门的一种。
什么是国密算法？国密算法，是指我国政府所制定的一套加密算法体系。
它主要包括三种算法：SM1、SM2、SM3。
其中，SM1算法是对称加密算法，SM2算法是非对称加密算法，SM3算法则是哈希算法。
SM1算法SM1算法是我国自主研发的一种对称加密算法，可用于保护各种数据机密。
该算法采用的是分组密码，即将明文分为若干个固定长度的块进行加密。
同时，它还采用了一种循环置换、代换、异或的方式进行加密，从而提供了非常强大的安全性。
SM2算法SM2算法则是我国自主研发的一种非对称加密算法。
相对于SM1算法，SM2算法在安全性和密钥长度方面有很大的改进。
该算法采用的是椭圆曲线密码体制，可以实现密钥交换、数字签名等功能，极大地提升了通信数据的保密性和完整性。
SM3算法SM3算法是一种哈希算法，主要用于数据完整性检验和数字签名。
该算法采用了SHA-256算法的思路，采用了哈希迭代的方式来生成安全哈希值。
同时，它还采用了一些创新性的设计，如置换、代换、离散对数问题等，从而大大提升了加密安全性。
国密算法的应用范围非常广泛，尤其是在通信电子领域。
在我国，许多通信领域的企业已经开始大力推广国密算法的应用，以提升通信数据的安全性和完整性。
一、电子支付随着电子支付的不断普及，安全性成为了电子支付领域最为关键的问题之一。
因此，国密算法被广泛应用于电子支付系统中。
例如，阿里巴巴旗下的蚂蚁金服便采用了国密算法来保障其支付平台的安全性。
二、移动通信移动通信在现代社会中已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。
而在移动通信中，保障通信数据的安全性和完整性同样是非常重要的。
国家商用密码算法简介密码学是研究编制密码和破译密码的技术科学，起源于隐秘消息传输，在编码和破译中逐渐发展起来。
密码学是一个综合性的技术科学，与语言学、数学、电子学、声学、信息论、计算机科学等有着广泛而密切的联系。
密码学的基本思想是对敏感消息的保护，主要包括机密性，鉴别，消息完整性和不可否认性，从而涉及加密，杂凑函数，数字签名，消息认证码等。
一．密码学简介密码学中应用最为广泛的的三类算法包括对称算法、非对称算法、杂凑算法。
1.1 对称密码对称密码学主要是分组密码和流密码及其应用。
分组密码中将明文消息进行分块加密输出密文区块，而流密码中使用密钥生成密钥流对明文消息进行加密。
世界上应用较为广泛的包括DES、3DES、AES，此外还有Serpent，Twofish，MARS和RC6等算法。
对称加密的工作模式包括电码本模式(ECB 模式)，密码反馈模式(CFB 模式)，密码分组链接模式(CBC 模式)，输入反馈模式(OFB 模式)等。
1.2 非对称密码公钥密码体制由Diffie和Hellman所提出。
1978年Rivest，Shamir和Adleman提出RAS密码体制，基于大素数分解问题。
基于有限域上的离散对数问题产生了ElGamal密码体制，而基于椭圆曲线上的离散对数问题产生了椭圆曲线密码密码体制。
此外出现了其他公钥密码体制，这些密码体制同样基于困难问题。
目前应用较多的包括RSA、DSA、DH、ECC等。
1.3杂凑算法杂凑算法又称hash函数，就是把任意长的输入消息串变化成固定长的输出串的一种函数。
这个输出串称为该消息的杂凑值。
一个安全的杂凑函数应该至少满足以下几个条件。
1)输入长度是任意的；2)输出长度是固定的，根据目前的计算技术应至少取128bits长，以便抵抗生日攻击；3)对每一个给定的输入，计算输出即杂凑值是很容易的；4)给定杂凑函数的描述，找到两个不同的输入消息杂凑到同一个值是计算上不可行的，或给定杂凑函数的描述和一个随机选择的消息，找到另一个与该消息不同的消息使得它们杂凑到同一个值是计算上不可行的。
面向SOC的SM2加解密算法的实现随着信息技术的高速发展，网络安全成为了一个日益重要的话题，加密算法也成为了保证网络安全的重要手段之一。
在众多的加密算法中，SM2被广泛应用于数字证书、电子邮件、电子签名等领域。
SM2加解密算法是一种基于椭圆曲线密码学的公开密钥算法，它采用了国密标准体系，适用于中国特有的政府、金融、电信、物联网等领域。
实现面向SOC的SM2加解密算法，则需要对SM2算法进行一定程度的优化，并将其应用于SOC芯片等具有特定用途的计算平台上。
为了展示SM2加解密算法的优秀性能和广泛应用，以下列举了三个面向SOC的SM2加解密算法的实现案例。
1. 基于ARM处理器的SM2算法实现该案例使用ARM Cortex-M系列处理器实现了SM2算法的加解密和签名验签功能。
通过对SM2算法中的模幂、模乘等运算进行优化，使其在ARM芯片上运行效率更高。
同时，该实现还采用了硬件加速模块，进一步提升了SM2算法的加解密速度，使其适用于低功耗、高效率的物联网设备。
2. 基于Xilinx FPGA的SM2算法实现该案例使用Xilinx FPGA芯片实现了SM2算法的加解密和签名验签功能。
利用FPGA芯片的可编程性，将SM2算法中的运算模块进行并行化，进一步提高了算法的性能。
同时，该实现还采用了FPGA芯片的硬核模块，将SM2算法中的乘法运算转化为硬件实现，使其运行效率更高。
3. 基于高通骁龙处理器的SM2算法实现该案例使用高通骁龙处理器实现了SM2算法的加解密和签名验签功能。
通过对SM2算法中的运算模块进行SIMD优化，使其能够更好地利用处理器中的多核心，提高算法的运行速度。
同时，该实现还采用了高通骁龙处理器上的硬件安全保护模块，加强了SM2算法在处理器上的安全性。
总之，面向SOC的SM2加解密算法的实现具有高效、安全、广泛应用等特点，可应用于物联网、金融、政府等多个领域，有效保障了信息的安全性。
同时，随着物联网和5G技术的发展，对SM2算法的要求也越来越高，需要在保证安全性的同时，考虑到处理器的低功耗、高效率等需求。
0引言在互联网时代，信息技术的高速发展为我们的日常生活和工作带来了日新月异的变化，同样为律师行业的信息化发展引入了新的变革。
本文从“电子律师执业证”这一新的实体证件出发，从证件的芯片、操作系统、密钥管理系统、初始化及个人化制证系统、卡片的物理防伪等方面，详细阐述了这一电子证件的设计方案，并列举了一系列的应用场景。
在信息安全和个人隐私高度重视的背景下，如今律师行业和律师的工作内容也有了多维发展的趋势，区别于传统的本式纸质律师证件，电子律师执业证转换为一张类似身份证大小的卡片，不仅采用了卡片物理防伪技术，并且内置一颗加载了SM系列国密算法的国产高安全芯片，进一步提升了卡片的安全性。
本文从技术角度出发，阐述了这一实体证件的相关设计原理，并展望了一系列该证件在司法行业的应用场景。
电子律师执业证通过芯片内数据的安全存储、与读取设备的信息交互，丰富了律师证件的多重功能，为律师和各级司法行政机关之间建立了既高效又安全的沟通渠道，进一步推动律师行业的多元化信息化发展。
1术语、定义和缩略语1.1术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
CPU卡central processing unit card带有中央处理器（CPU）、存储单元以及芯片操作系统的集成电路卡。
芯片chip卡中用于完成数据处理和存储功能的集成电路器件。
芯片操作系统chip operating system（COS）CPU卡芯片中存储和可运行的，保护应用数据和程序的机密性和完整性、控制CPU卡芯片与外界信息交换的嵌入式软件。
命令command终端向IC卡发出的一条信息，该信息启动一个操作或请求一个应答。
连接concatenation两个元素的连接是指将第二个元素附加到第一个元素的末尾。
注：每个元素的字节在结果串中的排列顺序与其从IC卡发送到终端的顺序相同，即：高位字节先送。
每个字节位按照从最高位到最低位的顺序排列。
律师执业证电子化应用研究与设计*翁楠昌公安部第一研究所*基金项目：国家重点研发计划资助，2018YFC0831505一组元素或对象可以通过最先两个相连的方式连接成一个新元素，即第一个与第二个相连，再与第三个相连，…，依次类推。
⏹封装功能 大容量增强型，基于ARM 安全智能卡内核的国密安全芯片内嵌SM1、SM2、SM3、SM4国密加密算法RJMU401数据手册⏹内核：高性能32位ARM SC100 CPU — 双总线架构，DMA 加速，快速中断响应— 支持ARM 和Thumb 指令集— 三级流水线— 采用软内核技术，防止外部对其进行扫描 — 采用小端存储格式— 主频为32MHz ，可进行3、4分频，系统默认工作频率8M ⏹存储器— 8KB ROM— 18K RAM— 128～550KB 的FLASH 存储器⏹时钟、复位和电源管理— 1.6V~5.5V 供电— CPU 时钟可由软件配置为内部时钟— 内置32 MHz 高速RC 振荡器，支持3/4分频 — 内置多功能时钟发生电路— 内置32 KHz 低功耗RC 振荡器 ⏹多达6个定时器— 3个16位通用定时器、— 1个ETU 定时器— 1个Wake-up 定时器— 1个32位看门狗定时器⏹多种密码算法— 对称算法：DES 、T-DES 、AES 、SM1、SM4— 非对称算法：RSA 、SM2— 摘要算法：SM3、SHA-256⏹安全特性— 存储保护单元（MPU ）— 频率检测功能— 存储总线检测功能，防FIA 攻击 — 抗EMA/DEMA 攻击 — 硬件CRC16/32电路校验 — 硬件真随机发生器 — 防篡改检测电路 ⏹外围接口— 1路智能卡接口，符合ISO7816标准，支持T=0/T=1协议— 1路SWP 接口，速率高达1.2Mbps — 1路SPI 主从接口— 1路UART 接口— 高达15路GPIO ，支持多种中断方式，多达12路GPIO 可复用 ⏹应用市场— 城市一卡通PBOC 终端、一卡通、银行POS 机、移动无线支付等金融支付— SIM 卡、JA VA 卡、ESIM 卡等领域 — 嵌入式软件安全保护— 手机、通信模块、路由器、对讲机等数据加密 — 监控设备、自动化控制 VSOP8LSSOP20L1.1概述 (3)1.2系统架构 (4)2、性能参数 (6)2.1处理器系统 (6)2.2存储单元 (6)2.3中断控制器 (7)2.4时钟与定时器 (7)2.5安全性及物理防护 (8)2.6对外接口 (10)2.7算法性能 (11)2.8模块功耗性能 (12)2.9其他模块 (14)2.10模拟模块 (14)3、引脚定义 (15)3.1引脚定义图：SSOP_20L (15)3.2引脚定义图：VSOP_8L (16)4、接口电气特性 (17)4.1测试条件 (17)4.1.1 最小和最大数值 (17)4.1.2 典型数值 (17)4.27816接口电气特性 (17)4.2.1绝对最大额定值 (18)4.3SPI接口电气参数 (18)4.3.1绝对最大额定值 (19)5、电源模块设计及工作条件 (21)5.1电源电路模块设计 (21)5.2推荐工作参数 (22)6 、SPI功能描述 (23)6.1概述 (23)6.2时钟信号的相位和极性 (23)7、应用电路图 (25)7.1RJMU401FHO与STM32F103的7816参考电路 (25)7.2RJMU401FHO的SPI参考电路 (25)7.3RJMU401EHV与STM32F103的7816参考电路 (26)8、电气特性 (27)9、芯片封装信息 (28)10、订货信息 (30)附录一：简称及缩略语 (32)1、简介1.1 概述RJMU401安全芯片是一个基于32位RISC处理器的SOC芯片，具备高处理能力、高安全性、低功耗、低成本等特点。
★概述Z32（国密批号SSX20）系列安全控制器芯片是NATIONZ面向安全控制器市场应用，基于国产32位RISC处理器的多功能安全处理平台基础上开发出的，具备高处理能力、高安全性、多种接口、低功耗、低成本等特点。
该系列芯片可用于安全加密U盘、指纹识别USB KEY、大容量USB KEY、桌面加密机、桌面型VPN、高性能读卡器、手持POS机、加密板卡、高端PKI卡等设备上，可以实现的功能包括：■片上密钥管理（密钥生成、密钥存储、密钥更新等）；■片上签名及身份认证（可以支持RSA、ECC（p域）等公钥算法）；■专用算法下载及高速率数据加解密（支持DES/3DES算法和各种专用密码算法）；该系列芯片的逻辑框图，如图1所示:图1 Z32系列芯片功能框图（注：图1中Flash存储器实际大小请参见下面相应的产品型号）★关键特性●系统特性◎国产高安全32位RISC核◎加密算法：国密专用算法、DES/3DES◎存储容量：256KB\128KB（Flash）,32KB（EEPROM）,8KB+1KB/768B(RAM)◎外部接口：USB2.0全速、7816、SPI、GPIO、UART等◎真随机数发生器●高安全◎全面支持国产算法◎存储保护单元MMU○支持多级基于硬件的保护机制；○面向应用的存储分区，硬件支持各个分区之间的安全隔离○支持虚拟存储空间管理；◎防SPA/DPA攻击设计◎高低电压/频率检测◎芯片唯一序列号●高性能◎国产高安全32位芯片最高主频为96MHz○1024比特RSA算法签名速度达到75次/秒@96MHz（带CRT）○192比特ECC算法（p域）验证速度达到18次/秒@96MHz★应用产品●USB KEY●加密U盘●指纹识别USB KEY/U盘●税控收款机/税控收款器注：Z－ZTEIC; H/L－High Feq/Low Feq; D－Data Area; U－USB; F－Nand Flash Interface。
SM系列国密算法SM系列国密算法众所周知，为了保障商⽤密码的安全性，国家商⽤密码管理办公室制定了⼀系列密码标准，包括SM1（SCB2）、SM2、SM3、SM4、SM7、SM9、祖冲之密码算法（ZUC)那等等。
其中SM1、SM4、SM7、祖冲之密码（ZUC）是对称算法；SM2、SM9是⾮对称算法；SM3是哈希算法。
⽬前，这些算法已⼴泛应⽤于各个领域中，期待有⼀天会有采⽤国密算法的区块链应⽤出现。
其中SM1、SM7算法不公开，调⽤该算法时，需要通过加密芯⽚的接⼝进⾏调⽤；⽐较少⼈了解这些算法，在这⾥对这些国密算法做简单的科普1 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）。
2 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。
安防系统安全解决方案——安全芯片方案背景:工业控制安全网关系列产品,通过构建基于工业控制网络的安全传输系统,建立可信连接与安全通信信道来保障工业控制数据安全。
此解决方案可广泛应用视频监控、安防、PDA数据安全采集、智能家居和物联网等行业.方案介绍:安防系统安全网关能通过安全网关基站、AＮDROID安全网关ＡPK、WＩNＤOWS安全网关APＰ与安全网关主站建立安全传输通道,通过建立可信连接与安全通信信道来保障移动办公用户与总公司的数据安全。
方案部署:视频采集端：ＩPＣamｅｒａ：加入安全网关基站模块（以太网）内含国密安全芯片，模块上电后即可与网管主站建立安全通道。
摄像头将视频数据发送到基站模块中，基站模块加密数据后通过专用信道将数据转发到安全网关主站,再由主站解密数据，将数据转发到服务器中处理并存储。
移动终端设备:加入安全TF卡及ANDROＩD安全网关AＰK，安全网关APK开启后后即可与安全网关主站建立安全通道。
设备将视频数据发送到安全网关APK中，安全网关APK利用TF加密数据后通过专用信道将数据转发到安全网关主站，再由主站解密数据,将数据转发到服务器中处理并存储。
视频播放端:内网视频播放中心:ﻩ服务器大屏在内网内无需做解密工作,只需直接访问服务器视频文件即可进行实时的监控和查看视频。
外网视频播放设备:PＣ机:加入安全USBＫEY/TＦ卡及WINDＯＷS安全网关APＰ,安全网关APＰ开启后即可与安全网关主站建立安全通道.PC机向服务器发送视频播放申请，服务器处理申请,并向PＣ机发送对应视频数据,服务器将视屏数据发送到安全网关主站,主站使用加密卡加密数据后通过专用信道将数据转发到ＰＣ机的安全网关ＡＰP，安全网关ＡＰP利用安全ＵSBKＥY/TＦ卡解密数据,并由PC机软件进行播放.移动终端：加入安全TF卡及ANDROＩD安全网关APK，安全网关APK开启后即可与安全网关主站建立安全通道。
移动终端向服务器发送视频播放申请，服务器处理申请,并向移动终端发送对应视频数据，服务器将视屏数据发送到安全网关主站,主站使用加密卡加密数据后通过专用信道将数据转发到移动终端的安全网关AＰK,安全网关AＰK利用安TF卡解密数据,并由移动终端视视频播放软件进行播放。
I G I T C W技术 分析Technology Analysis86DIGITCW2023.091 研究背景2021年，龙芯中科技术股份有限公司（简称龙芯中科）官方发布了基于龙芯架构的新一代处理器龙芯3A 5000的消息，“龙芯3A 5000实现了自主性和安全性的深度融合。
龙芯3A5000中包括处理器核心、内存控制器及相关PHY 、高速IO 接口控制器及相关PHY 、锁相环、片内多端口寄存器堆等在内的所有模块均自主设计。
龙芯3A5000处理器集成了安全可信模块，支持可信计算体系。
龙芯3A5000内置了硬件加密模块，支持商用密码SM2/3/4及相关算法，其中SM3/4密码处理性能达到5 Gbps 以上[1]。
”2 性能测试针对此款处理器，为了验证其商用密码指令集运算性能，笔者第一时间拿到了成品及适配的主板等硬件，并在实验室开展了初步测试。
为了比较该处理器在商用密码运算方面的性能，还选用了龙芯同期生产的3B5000处理器及市面上常见的英特尔处理器进行了比较。
在测试工程中，经向龙芯中科咨询得知，目前产品手册等白皮书还没有发布。
由于该款处理器刚刚发布，各操作系统厂商与之适配的操作系统、编译器还在适配研制过程中，正式版尚未发布。
因此此次测试尚未能检测商用密码算法通过处理器指令集的运算性能。
2.1 测试准备测试共选取了8款处理器进行对比测试，分别为龙芯3A5000、龙芯3B5000、龙芯3A4000、龙芯3B4000、英特尔赛扬J1900、英特尔i5-2400、英特尔i7-2600、英特尔至强E5-2620V2。
（其中3B5000、E5-2620V2为服务器架构，每台安装了两颗相同的处理器），如表1所示。
表1 测试机机型、处理器、内存、硬盘、操作系统版本等参数CPU 3A40003A50002*3B5000J1900i5-2400i7-26002*E5-2620 v2操作系统UnionTech OS 20UnionTech OS 20Kylin V10CentOS 7.8CentOS 7.8CentOS 7.8CentOS 7.8内存8 GB 8 GB 32 GB 2 GB 8 GB 16 GB 128 GB 硬盘240 GB SSD500 GB HDD 500 GB SSD 16 GB SSD1 TB HDD1 TB HDD 1 TB HDD 备注桌面PC 桌面PC机架式服务器工控机工控机工控机Dell 服务器龙芯处理器商用密码指令集运算性能分析徐海波（北京赛迪软件测评工程技术中心有限公司，北京 100048）摘要：文章介绍了龙芯处理器3A5000内置硬件加密模块，支持商用密码SM2/3/4，通过搭建测试环境，对龙芯3A5000处理器运算SM2/3/4算法的速度和吞吐量进行了测试，并与其他8款市面上主流的处理器进行了比较；对测试结果进行了分析，根据英特尔CPU的指令集机制进行了估算，与上一代处理器进行了对比，并对下一代处理器进行了展望。
