基于Gmssl的SM2加解密算法Demo
存储小咖 2018-12-28 18:38:11 4739 收藏 5
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GmSSL介绍
Gmssl介绍：http://gmssl.org/
当然本文也是参考 http://gmssl.org/
其中SM2为非对称算法
SM2密钥生成
pair<string, string> GenKey(void)
{
EC_KEY *keypair = NULL;
EC_GROUP *group1 = NULL;
keypair = EC_KEY_new();
if(!keypair) {
cout << "Failed to Gen Key" << endl;
exit(1);
}
group1 = EC_GROUP_new_by_curve_name(NID_sm2p256v1);
if(group1 == NULL){
cout << "Failed to Gen Key" << endl;
exit(1);
}
int ret1 = EC_KEY_set_group(keypair, group1);
if(ret1 != 1){
cout << "Failed to Gen Key" << endl;
exit(1);
}
int ret2 = EC_KEY_generate_key(keypair);
if(ret2 != 1){
cout << "Failed to Gen Key" << endl;
exit(1);
}
size_t pri_len;
size_t pub_len;
char *pri_key = NULL;
char *pub_key = NULL;
BIO *pri = BIO_new(BIO_s_mem());
BIO *pub = BIO_new(BIO_s_mem());
PEM_write_bio_ECPrivateKey(pri, keypair, NULL, NULL, 0, NULL, NULL);
PEM_write_bio_EC_PUBKEY(pub, keypair);
pri_len = BIO_pending(pri);
pub_len = BIO_pending(pub);
pri_key = new char[pri_len + 1];
pub_key = new char[pub_len + 1];
BIO_read(pri, pri_key, pri_len);
BIO_read(pub, pub_key, pub_len);
pri_key[pri_len] = '\0';
pub_key[pub_len] = '\0';
string public_key = pub_key;
string private_key = pri_key;
EC_KEY_free(keypair);
BIO_free_all(pub);
BIO_free_all(pri);
delete [] pri_key;
delete [] pub_key;
return std::pair<string, string>(public_key, private_key);
}
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已字符串形式的返回，主要考虑我们在实际运用中，可能需要传递密钥信息，所以生成的SM2公钥和私钥以字符串形式返回。
从字符串类型的密钥中生成出来EC_KEY对象
EC_KEY* CreateEC(unsigned char* key, int is_public)
{
EC_KEY *ec_key = NULL;
BIO *keybio = NULL;
keybio = BIO_new_mem_buf(key, -1);
if (keybio==NULL) {
cout << "Failed to Get Key" << endl;
exit(1);
}
if(is_public) {
ec_key = PEM_read_bio_EC_PUBKEY(keybio, NULL, NULL, NULL);
}
else {
ec_key = PEM_read_bio_ECPrivateKey(keybio, NULL, NULL, NULL);
}
if(ec_key == NULL) {
cout << "Failed to Get Key" << endl;
exit(1);
}
return ec_key;
}
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SM2公钥加密
string Encrypt(const string& public_key, const string& plain_text)
{
unsigned char encrypted[1024] = {};
EC_KEY *rsa = CreateEC((unsigned char*)public_key.c_str(), 1);
size_t encrypted_length = 1024;
int ret = SM2_encrypt_with_recommended((unsigned char*)plain_text.c_str(), plain_text.length(),
(unsigned char*)encrypted,&encrypted_length, rsa);
if (ret == 0) {
cout << "Failed to Encrypt" << endl;
exit(1);
}
string enc_text((char*)encrypted, encrypted_length);
return enc_text;
}
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这里使用的加密函数为SM2_encrypt_with_recommended
SM2私钥解密
string Decrypt(const string& private_key, const string& enc_text)
{
unsigned char decrypted[1024] = {};
EC_KEY * key1 = CreateEC((unsigned char*)private_key.c_str(), 0);
size_t decrypted_length = 0;
int ret = SM2_decrypt_with_recommended((unsigned char*)enc_text.c_str(), enc_text.length(), decrypted, &decrypted_length, key1);
if (ret == 0) {
cout << "Failed to Decrypt" << endl;
exit(1);
}
string plain_text((char*)decrypted, decrypted_length);
return plain_text;
}
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这里使用的解密函数为SM2_decrypt_with_recommended
测试用例代码
下载：https://download.csdn.net/download/liulangaliulang/10884044
用例运行结果：
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版权声明：本文为CSDN博主「存储小咖」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/liulangaliulang/article/details/85329878
SM2加解密算法（基于GMSSL的C代码实现）
一、椭圆曲线密码算法
-
椭圆曲线：是一类二元多项式方程，它的解构成一个椭圆曲线。
-
椭圆曲线参数：定义一条唯一的椭圆曲线。介绍其中两个参数G（基点）和n（阶）。G点(xG, yG)是椭圆曲线上的基点, 有限域椭圆曲线上所有其他的点都可以通过G点的倍乘运算计算得到，即P=[d]G， d也是属于有限域，d的最大值为素数n。
-
有限域上的椭圆曲线：椭圆曲线上的解不是连续的，而是离散的，解的值满足有限域的限制。有限域有两种，Fp和F2m。
-
E(Fq)：Fq上椭圆曲线E 的所有有理点(包括无穷远点O)组成的集合。
-
Fp：一个素整数的集合，最大值为P-1，集合中的值都是素数，里面元素满足以下模运算: a+b=(a+b) mod p 和 ab=(ab) mod p。
-
SM2：有限域Fp上的一条椭圆曲线，其椭圆曲线参数是固定值。
-
公私钥：P=[d]G，G是已知的，大数d为私钥，点P(XP, YP)为公钥。
-
SM2推荐使用素数域256位椭圆曲线：
-->EC_GROUP_new_by_curve_name(NID_sm2p256v1)
//可以得出固定参数
//Sm2 中指定的参数 确定下y2 = x3 + ax + b 曲线
#define _P "FFFFFFFEFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00000000FFFFFFFFFFFFFFFF"
#define _a "FFFFFFFEFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00000000FFFFFFFFFFFFFFFC"
#define _b "28E9FA9E9D9F5E344D5A9E4BCF6509A7F39789F515AB8F92DDBCBD414D940E93"
#define _n "FFFFFFFEFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF7203DF6B21C6052B53BBF40939D54123"
#define _Gx "32C4AE2C1F1981195F9904466A39C9948FE30BBFF2660BE1715A4589334C74C7"
#define _Gy "BC3736A2F4F6779C59BDCEE36B692153D0A9877CC62A474002DF32E52139F0A0"
- OpenSSL部分涉及代码
//初始化一个空算法组
EC_GROUP *group = EC_GROUP_new(EC_GFp_mont_method());
//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);
//上下文
BN_CTX *ctx = BN_CTX_new();
//创建EC_KEY，使用推荐椭圆曲线
EC_KEY *ec_key = EC_KEY_new_by_curve_name(NID_sm2p256v1)
//生成公钥私钥
EC_KEY_generate_key(ec_key);
//设置私钥
EC_KEY_set_private_key(ec_key, d);
//设置公钥
EC_KEY_set_public_key(ec_key, P);
//通过ec_key获取算法组
EC_GROUP *ec_group = EC_KEY_get0_group(ec_key);
//获取基点G
EC_POINT * G = EC_GROUP_get0_generator(ec_group);
//大数初始化
BIGNUM *rand = BN_new();
//EC_POINT初始化
EC_POINT *P = EC_POINT_new(ec_group);
//获取坐标点p的x，y值
EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(ec_group,p,x,y,ctx);
//Gets the order of a EC_GROUP -- n阶 对应上面固定参数的_n
EC_GROUP_get_order(ec_group, order, ctx);
//随机数生成
do {
BN_rand_range(rand,order);
} while (BN_is_zero(rand));
//大数转二进制
int len = BN_bn2bin(bn, outChar);
//获取坐标点p转大数bn
EC_POINT_point2bn(ec_group, p, POINT_CONVERSION_COMPRESSED, bn, ctx);
//点的乘积 lP = P * rand
EC_POINT_mul(ec_group, lP, NULL, P, rand, ctx);
//验证点C1是否在椭圆曲线上
EC_POINT_is_on_curve(ec_group, c1, ctx);
马上开始
二、SM2加密算法（手动实现和使用GMSSL库实现）
PS：加解密中，加密时椭圆曲线点C1转换方式必须和解密时椭圆曲线点C1转换方式一致，否则无法解出C1。
1、手动实现
-
流程
image.png -
算法：
1、产生随机数k, k的值从1到n-1；
BIGNUM *n,*k;
n = BN_new();
k = BN_new();
EC_GROUP_get_order(ec_group, n, ctx);
do {
BN_rand_range(k,n);
} while (BN_is_zero(k));
2、计算椭圆曲线点C1=[k]G=(x1,y1), 将C1使用EC_POINT_point2oct转换成比特串；
//获取基点G
const EC_POINT *G = EC_GROUP_get0_generator(ec_group);
EC_POINT *c1 = NULL;
c1 = EC_POINT_new(ec_group);
unsigned char c1bin[65];
unsigned long c1binlen = 65;
EC_POINT_mul(ec_group, c1, NULL, G, k, ctx);
EC_POINT_point2oct(ec_group, c1, POINT_CONVERSION_UNCOMPRESSED, c1bin, c1binlen, ctx);
3、 验证公钥PB, 计算S=[h] PB，如果S是无穷远点，出错退出；
EC_POINT_is_on_curve(ec_group, PB, ctx);
EC_POINT_is_at_infinity(ec_group, s);
4、计算(x2,y2)=[k] PB
EC_POINT *tempPoint = EC_POINT_new(ec_group);
BIGNUM *x2 = BN_new();
BIGNUM *y2 = BN_new();
EC_POINT_mul(ec_group, tempPoint, NULL, pb, k, ctx);
EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(ec_group,
tempPoint, x2, y2, ctx);
5、计算t=KDF(x2||y2, klen), KDF是密钥派生函数，klen是明文长度。
unsigned char x2y2[64] = {0};
unsigned long x2y2len = 0;
//x2||y2
x2y2len += BN_bn2bin(x2, x2y2);
x2y2len += BN_bn2bin(y2, &x2y2[32]);
unsigned char t[klen];
unsigned long tlen = klen;
kdf(EVP_sm3(), x2y2, sizeof(x2y2), t, &tlen);
//kdf方法
void *kdf(const EVP_MD *md, const void *in, size_t inlen,
void *out, size_t *outlen)
{
EVP_MD_CTX ctx;
uint32_t counter = 1;
uint32_t counter_be;
unsigned char dgst[EVP_MAX_MD_SIZE];
unsigned int dgstlen;
unsigned char *pout = out;
size_t rlen = *outlen;
size_t len;
EVP_MD_CTX_init(&ctx);
while (rlen > 0) {
counter_be = cpu_to_be32(counter);
counter++;
EVP_DigestInit(&ctx, md);
EVP_DigestUpdate(&ctx, in, inlen);
EVP_DigestUpdate(&ctx, &counter_be, sizeof(counter_be));
EVP_DigestFinal(&ctx, dgst, &dgstlen);
len = dgstlen <= rlen ? dgstlen : rlen;
memcpy(pout, dgst, len);
rlen -= len;
pout += len;
}
EVP_MD_CTX_cleanup(&ctx);
return out;
}
6、计算C2=M^t （此处^为异或）
unsigned char c2[tlen];
unsigned long c2len = 0;
for (int i = 0; i < tlen; i ++) {
c2[i] = M[i] ^ t[i];
c2len++;
}
7、 计算C3=Hash(x2||M||y2)
unsigned char c3[32];
unsigned long c3len = 32;
unsigned char tempC3[x2y2len+klen];
BN_bn2bin(x2, tempC3);
BN_bn2bin(y2, &tempC3[32+klen]);
memcpy(&tempC3[32], M, klen);
sm3(tempC3, x2y2len+klen, c3);
8、 输出密文C=C1||C3||C2。
unsigned char c[c1binlen + c2len + c3len];
unsigned long clen = c1binlen + c2len + c3len;
memcpy(c, c1bin, c1binlen);
memcpy(&c[c1binlen], c3, c3len);
memcpy(&c[c1binlen+c3len], c2, c2len);
注：密文分为C1,C2,C3,三部分，C1长度是65字节（具体根据转换方式），C2是明文的长度，C3是32字节（Hash使用sm3）。
注：C1 || C2 || C3 的意思就是拼在一起，而不是做什么或运算
- 根据国密推荐的SM2椭圆曲线公钥密码算法，首先产生随机数计算出曲线点C1，2个32byte的BIGNUM大数，即为SM2加密结果的第1部分（C1）。第2部分则是真正的密文，是对明文的加密结果，长度和明文一样（C2）。第3部分是杂凑值，用来效验数据（C3）。按国密推荐的256位椭圆曲线，明文加密结果比原长度会大97byte（C1使用EC_POINT_point2oct转换）。
- 注：通过密钥派生函数计算，才能进行第6步的按位异或计算。
2、使用GMSSL库实现
- 基于GmSSL 1.2.2 (OpenSSL 1.0.2d)
/**
修复BN_bn2bin函数结果不为32的情况（高位补0）
@param sourceBn 源BIGNUM
@param out 输出
@return 返回长度
*/
int fixBn2Bin(BIGNUM *sourceBn,unsigned char *out){
unsigned char tempBin[32] = {0};
int tempLen = BN_bn2bin(sourceBn, tempBin);
if (tempLen != 32) {
memset(out, 0, 32 - tempLen);
}
memcpy(&out[32-tempLen], tempBin, tempLen);
return 32;
}
#define RV_OK 0x00000000 //success
#define RV_EncErr 0x01000010 //encrypt error
/**
SM2加密 使用国密GMSSL库
@param P 公钥
@param encryptData 需要加密的数据
@param outData 输出加密后的数据
@param outDataLen 输出加密后的数据长度
@return 0成功/其它失败
*/
int sm2EncryptByGMSSL(EC_POINT *P,unsigned char *encryptData,unsigned long encryptDataLen,unsigned char *outData,unsigned long *outDataLen){
int resultCode = RV_OK;
//变量
EC_KEY *ec_key = EC_KEY_new_by_curve_name(NID_sm2p256v1);
EC_KEY_set_public_key(ec_key, P);
const EC_GROUP *ec_group = EC_KEY_get0_group(ec_key);
BN_CTX *ctx = BN_CTX_new();
SM2_CIPHERTEXT_VALUE *cv = NULL;
SM2_ENC_PARAMS params;
//c1
BIGNUM *x = NULL;
BIGNUM *y = NULL;
unsigned char *c1Buf = NULL;
unsigned long c1Len = 0;
//开始加密（使用GMSSL的方法）
SM2_ENC_PARAMS_init_with_recommended(¶ms);
if (!(cv = SM2_do_encrypt(¶ms, encryptData, encryptDataLen, ec_key))) {
resultCode = RV_EncErr;
goto end;
}
OPENSSL_assert(cv);
//C1
//确定c1所需空间
if (!(c1Len = EC_POINT_point2oct(ec_group, cv->ephem_point,
params.point_form, NULL, 0, ctx))) {
resultCode = RV_EncErr;
goto end;
}
//创建c1所需空间
c1Buf = malloc(c1Len);
if (!(c1Len = EC_POINT_point2oct(ec_group, cv->ephem_point,
params.point_form, c1Buf, c1Len, ctx))) {
resultCode = RV_EncErr;
goto end;
}
memcpy(outData, c1Buf, c1Len);
//获取C1方法二
// unsigned char c1Bin[64] = {0};
// x = BN_new();
// y = BN_new();
// EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(ec_group,cv->ephem_point, x, y, ctx);
//
// fixBn2BinLen(x,c1Bin);
// fixBn2BinLen(y,&c1Bin[32]);
// //拼接C1
// memcpy(outData, c1Bin, 64);