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
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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SM2：有限域Fp上的一条椭圆曲线，其椭圆曲线参数是固定值。
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公私钥：P=[d]G，G是已知的，大数d为私钥，点P(XP, YP)为公钥。
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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); //后续拼接 //拼接C3 memcpy