密码算法与协议2密钥交换协议解析

密码学SM2,SM3,SM4加密标准

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。

密码知识与技术管理

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密码知识与技术管理

商用密码管理办公室技术管理处处长谢永泉

在生活中，密码已经被赋予了多重含义，例如“藏地密码”背后的唐代文明与藏獒智慧，“达芬奇密码”指向的巨额财富等。在密码学意义上，密码是指按约定规则，为隐藏消息原形而生成的一组具有随机特性的特定符号。而密码学是指研究密码与密码活动本质和规律，指导密码实践科学，主要探索密码编制、密码破译以及密码管理的一般规律的一门科学。密码学是结合数学、计算机科学、电子与通信、物理、生物等诸多学科于一身的交叉学科，发源并兴起于外交和军事，目前已经走向公开，它不仅具有保证信息机密性的信息加密功能，而且具有数字签名、身份鉴别、秘密分存等功能，使用密码技术不仅可以保证信息的机密性，而且可以保证信息的完整性和确定性，防止信息被篡改、伪造和假冒。

密码技术、核技术和航天技术并称为国家安全的三大支撑技术，其中密码技术又称为信息安全的核心技术，广泛应用于国民经济各领域，在保障重要经济信息系统安全、维护国家网络空间安全中起着不可替代的作用。例如：电子商务中采用密码技术对交易双方的身份进行识别，预防“钓鱼”网站的欺诈行为，大大降低了安全风险。2013年6月，美国2

斯诺登爆料代号为“棱镜”的秘密监控项目，2007年开始，美国国家安全局和联邦调查局从思科、微软、雅虎、谷歌、Skype、Ytube、苹果9家公司的服务器中监控互联网活动，秘密收集电话记录，其中我国成为侦听重点，严重威胁我国国家安全，其在定位及通信中也广泛采用了密码技术。推广自主密码技术，保障国家信息安全，维护国家利益必要而急迫。

按照会议安排，下面我介绍一下密码理论学习和技术管理工作的了解、积累的一些情况。主要是密码算法、密码行业标准和技术管理要点解析，供大家参考。

一、密码技术是保障国家信息安全的核心技术

1.关于商用密码。

为满足国民经济发展对密码的应用需求，1993年党中央确定发展商用密码，称为“商用密码”，主要是为了与党、政、军所使用的密码进行区别，商用密码的定位是“对不涉及国家秘密内容的信息进行加密保护或者安全认证”。为保证商用密码健康有序发展，发挥好商用密码在我国信息化发展和社会经济建设中的作用，1996年党中央决定在我国大力发展商用密码，并确定了“统一领导，集中管理，定点研制，专控经营，满足使用”的管理原则。

可证明安全的基于位置的Prover-to-Prover密钥交换协议

张俊伟;陈治平;马建峰;杨力

【摘要】本文针对两个证明者之间可证明安全的基于位置密钥交换协议展开研究.首次将基于位置密钥交换分为P2V (Prover-to-Verifier)模式和P2P (Prover-to-Prover)模式,并给出P2P模式下基于位置密钥交换的安全定义.随后,在l维空间下设计了可证明安全的基于位置P2P密钥交换协议P2PKE1,并以此为基础构造了d(1≤d≤3)维空间下基于位置P2P密钥交换协议P2PKEd.同时,分别提出了具有密钥确认性质的基于位置P2P密钥交换协议P2PKEd-c和无密钥托管的基于位置P2P密钥交换协议P2PKEd-e.最后,从安全性和效率两方面对所设计的协议进行了讨论.

【期刊名称】《电子学报》

【年(卷),期】2016(044)001

【总页数】7页(P14-20)

【关键词】P2P;基于位置密钥交换;BRM模型;可证明安全

【作者】张俊伟;陈治平;马建峰;杨力

【作者单位】西安电子科技大学计算机学院,陕西西安710071;西安电子科技大学计算机学院,陕西西安710071;西安电子科技大学计算机学院,陕西西安710071;西安电子科技大学计算机学院,陕西西安710071

【正文语种】中文

【中图分类】TN911.7 随着无线设备的地理位置在无线系统的数据采集、安全通信、资源管理、异常处理/维护等多方面扮演越来越重要的角色，基于位置系统中与地理位置相关的安全问题也越发引人关注［1～3］.

Liu和Ning针对无线传感器网络提出了一个基于位置的密钥预分发方案［4］.Yang和Xiao应用基于网格多项式密钥建立方法来解决无线传感网络的安全问题［5］.Huang等针对无线传感网络提出了一种基于位置的密钥管理方案［6］，Younis等人则提出了一种基于位置的分布式密钥管理方案［7］.Zhang等人结合用户身份和地理位置得出基于位置密钥，并提出了一种基于位置的安全机制［8，9］.

国产密码算法

密码学的相关术语

密码学(cryptography)：通过将信息编码使其不可读，从而达到安全性。

算法：取一个输入文本，产生一个输出文本。

加密算法：发送方进行加密的算法。

解密算法：接收方进行解密的算法。

对称密钥加密(Symmetric Key Cryptography)：加密与解密使用相同密钥。

非对称密钥加密(Asymmetric Key Cryptography)：加密与解密使用不同密钥。

密钥对：在非对称加密技术中，有两种密钥，分为私钥和公钥，私钥是密钥对所有者持有，不可公布，公钥是密钥对持有者公布给他人的。

公钥：公钥用来给数据加密，用公钥加密的数据只能使用私钥解密。

私钥：如上，用来解密公钥加密的数据。

摘要：对需要传输的文本，做一个HASH计算。

签名：使用私钥对需要传输的文本的摘要进行加密，得到的密文即被称为该次传输过程的签名。

密码协议

密码协议是指两个或两个以上的参与者为了达到某种特定目的而采取的一系列步骤。规定了一系列有序执行的步骤，必须依次执行。必须有两个或两个以上的参与者，有明确的目的。参与者都必须了解、同意并遵循这些步骤。常见的密码协议包括IPSEC VPN 协议、SSL VPN 协议、密钥交换协议等。

密码算法

密码是指描述密码处理过程的一组运算规则或规程，一般是指基于复杂数学问题设计的一组运算，其基本原理基于数学难题、可证明计算、计算复杂度等。主要包括:对称密码、公钥密码、杂凑算法、随机数生成。

• 对称加密算法

在对称加密算法中，加密使用的密钥和解密使用的密钥是相同的，加密和解密都是使用同一个密钥，不区分公钥和私钥。

通信双方采用相同的密钥来加解密会话内容，即一段待加密内容，经过同一个密钥的两次对称加密后，与原来的结果一样，具有加解密速度快和安全强度高的优点。

国际算法ES、AES。

国产算法:SM1、SM4、SM7。

• 非对称加密算法

非对称加解密算法又称为公钥密码，其密钥是成对出现的。双方通信时，首先要将密钥对中的一个密钥传给对方，这个密钥可以在不安全的信道中传输；传输数据时，先使用自己持有的密钥做加密，对方用自己传输过去的密钥解密。

密码学基础知识点总结

密码学是研究保护信息安全的科学和技术领域，涉及到加密、解密、认证和数据完整性等方面。以下是密码学基础知识的一些关键点：

1.加密和解密：

加密（Encryption）：将原始信息转换为不可读的形式，以防止未经授权的访问。使用密钥来执行加密过程。

解密（Decryption）：将加密的信息恢复为原始形式，需要相应的解密密钥。

2.对称加密和非对称加密：

对称加密：加密和解密使用相同的密钥。常见的算法包括AES（高级加密标准）。

非对称加密：加密和解密使用不同的密钥，通常分为公钥和私钥。常见的算法有RSA、ECC。

3.哈希函数：

哈希函数将任意长度的输入数据转换为固定长度的哈希值。

具有单向性，不可逆，相同输入产生相同输出，不同输入尽可能产生不同输出。

4.数字签名：

数字签名用于确保消息的来源和完整性。

使用私钥对消息进行签名，接收者使用对应的公钥来验证签名的有效性。

5.公钥基础设施（PKI）：

PKI是一组处理数字证书、公钥管理和相关的安全增强技术的标准和实践。

用于建立信任、验证身份和确保信息安全。

6.SSL/TLS协议：

SSL（安全套接层）和其继任者TLS（传输层安全）是用于在网络上保护数据传输的协议。

提供加密、认证和数据完整性。

7.密钥交换协议：

用于在通信双方之间安全地交换密钥的协议。常见的有Diffie-Hellman密钥交换算法。

8.零知识证明：

零知识证明允许一个参与者证明他知道某些信息，而不泄露这些信息的内容。

在身份验证和隐私保护上有广泛应用。

9.密码学攻击和防御：

主动攻击（如中间人攻击）、被动攻击（如监听）等是密码学常见的威胁。

常规的防御手段包括使用强密码、定期更改密钥、使用安全协议等。

10.量子密码学：

针对未来量子计算机可能对传统加密算法构成威胁的研究领域，包括量子密钥分发等技术。

这些基础知识点构成了密码学的核心，了解它们对于理解信息安全、网络通信和数据保护等方面至关重要。

国产商用密码算法SM2及其相关标准介绍

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-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。NIST2）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 Koblitz3）和Victor Miller4）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”。2） NIST，National Institute of Standards and Technology，美国国家标准与技术研究院。3） Neal Koblitz就职于美国华盛顿大学，研究方向为公钥密码学和数据加密等。

网络安全行业加密技术解决方案

第一章加密技术概述 ..................................................................................................................... 2

1.1 加密技术的发展历程 ....................................................................................................... 2

1.2 加密技术的分类及特点 ................................................................................................... 3

第二章对称加密技术 ..................................................................................................................... 3

2.1 对称加密算法介绍 ........................................................................................................... 3

2.2 对称加密技术的应用场景 ............................................................................................... 4

2.3 对称加密技术的安全性分析 ........................................................................................... 4

sm1、sm2、sm3、sm4简单介绍

国密即国家密码局认定的国产密码算法。主要有SM1，SM2，SM3，SM4。密钥长度和分组长度均为128位。SM1 为对称加密。其加密强度与AES相当。该算法不公开，调⽤该算法时，需要通过加密芯⽚的接⼝进⾏调⽤。

SM2为⾮对称加密，基于ECC。该算法已公开。由于该算法基于ECC，故其签名速度与秘钥⽣成速度都快于RSA。ECC 256位（SM2采⽤的就是ECC 256位的⼀种）安全强度⽐RSA 2048位⾼，但运算速度快于RSA。SM3 消息摘要。可以⽤MD5作为对⽐理解。该算法已公开。校验结果为256位。

SM4 ⽆线局域⽹标准的分组数据算法。对称加密，密钥长度和分组长度均为128位。

由于SM1、SM4加解密的分组⼤⼩为128bit，故对消息进⾏加解密时，若消息长度过长，需要进⾏分组，要消息长度不⾜，则要进⾏填充。

SM2，SM3，SM4的相关⽂档可以参考如下链接：

SM2，SM3，SM4的C代码如下：

补充：

当使⽤特定的芯⽚进⾏SM1或其他国密算法加密时，若⽤多个线程调⽤加密卡的API时，要考虑芯⽚对于多线程的⽀持情况。

国产密码算法（国密算法）是指国家密码局认定的国产商⽤密码算法，在⾦融领域⽬前主要使⽤公开的SM2、SM3、SM4三类算法，分别是⾮对称算法、哈希算法和对称算法。 SM2算法：SM2椭圆曲线公钥密码算法是我国⾃主设计的公钥密码算法，包括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。 SM3算法：SM3杂凑算法是我国⾃主设计的密码杂凑算法，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。 SM4算法：SM4分组密码算法是我国⾃主设计的分组对称密码算法，⽤于实现数据的加密/解密运算，以保证数据和信息的机密性。要保证⼀个对称密码算法的安全性的基本条件是其具备⾜够的密钥长度，SM4算法与AES算法具有相同的密钥长度分组长度128⽐特，因此在安全性上⾼于3DES算法。

密码算法和密码协议的关系

密码算法和密码协议是密切相关的两个概念，它们在信息安全领域中都扮演着非常重要的角色。

密码算法是指用于加密和解密数据的数学算法，其目的是保护数据的机密性和完整性，防止数据被未经授权的人员访问和篡改。密码算法可以分为对称加密算法和非对称加密算法两种。对称加密算法指的是加密和解密使用相同的密钥，常见的对称加密算法有DES、AES等；非对称加密算法指的是加密和解密使用不同的密钥，常见的非对称加密算法有RSA、ECC等。

密码协议是指在网络通信过程中，双方为了保证通信的安全性而达成的一种协议。密码协议通常包括密钥交换协议、认证协议、数字签名协议等。密钥交换协议是指在通信开始前，双方通过一定的算法协商出一份共享密钥，用于后续的加密和解密操作；认证协议是指在通信过程中，双方通过一定的算法验证对方的身份，确保通信的安全性；数字签名协议是指在通信过程中，双方使用一定的算法对通信内容进行数字签名，以保证通信内容的完整性和真实性。

密码算法和密码协议的关系在于，密码协议需要使用密码算法来实现加密和解密操作，以保证通信的安全性。密码算法是密码协议的基础，密码协议的安全性也取决于所使用的密码算法的安全性。因此，在设计密码协议时，需要选择安全可靠的密码算法，并且合理地组合使用不同的密码算法，以达到更高的安全性。同时，密码算法也需要不断地更新和改进，以应对不断变化的安全威胁。

现代密码学原理与协议

现代密码学原理与协议模板

一、引言

本协议旨在确定双方之间的信息安全和隐私保护原则，以确保数据的机密性和完整性。本协议依据现代密码学原理设计，旨在提供高度保密的通信和数据传输方式。

二、协议概述

本协议所涉及的密码学原理包括对称加密、公钥加密、散列函数、数字签名等。

三、安全通信

1. 双方将使用基于对称加密算法的加密手段，在通信过程中保证数据的机密性。

2. 双方应密钥交换协议（如Diffie-Hellman协议）进行安全密钥的交换，以确保通信过程中密钥的机密性。

3. 双方可以使用公钥加密算法进行密钥协商，以加强通信的安全性。

四、数据传输保护

1. 双方将使用加密的数据传输协议（如TLS/SSL），以确保数据在传输过程中的机密性和完整性。 2. 双方将对数据进行数字签名，并采用消息认证码（MAC）确保数据完整性。

五、密钥管理

1. 双方将定期更换会话密钥，以降低密码被破解的风险。

2. 对于非对称加密算法，双方将设计有效的密钥管理机制，确保私钥的安全性。

3. 双方将使用密码学安全的随机数生成器生成密钥和初始化向量。

六、安全性审计

1. 双方将定期进行安全性审计，包括对协议的实现和网络基础设施的评估。

2. 双方将修复可能存在的安全漏洞，并提供安全更新，以确保系统的安全性。

七、争议解决

双方同意，任何与本协议相关的争议应通过友好协商解决。如果协商不成，双方可以寻求法律途径解决争议。

八、协议的解释和修改

1. 本协议的解释和修改应经双方书面同意。

2. 双方同意，协议的修改将在双方达成一致后生效。九、协议的终止

1. 任一方可在提前通知对方后终止本协议。

2. 本协议终止后，双方应立即停止使用协议中约定的任何加密算法和密钥。

以上是本协议的主要内容，双方应遵守协议约定，并确保数据传输和通信过程中的安全性。如果双方需要修改协议内容，应经过充分协商达成一致。