简介

什么是SM2

SM2是国家密码管理局于2010年12月17日发布的椭圆曲线公钥密码算法。

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。

随着密码技术和计算机技术的发展，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算法和RSA算法比较

SM2性能更优更安全：密码复杂度高、处理速度快、机器性能消耗更小

POM依赖

<dependency>
    <groupId>org.bouncycastle</groupId>
    <artifactId>bcprov-ext-jdk15to18</artifactId>
    <version>1.68</version>
</dependency>
<dependency>
	<groupId>org.bouncycastle</groupId>
	<artifactId>bcprov-jdk15to18</artifactId>
	<version>1.68</version>
</dependency>

Java工具类

package com.file.system.tools.sm2;

import org.bouncycastle.asn1.gm.GMNamedCurves;
import org.bouncycastle.asn1.x9.X9ECParameters;
import org.bouncycastle.crypto.engines.SM2Engine;
import org.bouncycastle.crypto.params.ECDomainParameters;
import org.bouncycastle.crypto.params.ECPrivateKeyParameters;
import org.bouncycastle.crypto.params.ECPublicKeyParameters;
import org.bouncycastle.crypto.params.ParametersWithRandom;
import org.bouncycastle.jcajce.provider.asymmetric.ec.BCECPrivateKey;
import org.bouncycastle.jcajce.provider.asymmetric.ec.BCECPublicKey;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
import org.bouncycastle.jce.spec.ECParameterSpec;
import org.bouncycastle.jce.spec.ECPrivateKeySpec;
import org.bouncycastle.jce.spec.ECPublicKeySpec;
import org.bouncycastle.util.encoders.Hex;

import java.math.BigInteger;
import java.security.*;
import java.security.spec.ECGenParameterSpec;

/**
 * @ClassName SM2Utils
 * @Description SM2算法工具类
 * @Author msx
 * @Date 2021/9/24 16:50
 * @Version 1.0
 */
public class SM2Utils {
    

    /**
     * @Description 生成秘钥对
     * @Author msx
     * @return KeyPair
     */
    public static KeyPair createECKeyPair() {
    
        //使用标准名称创建EC参数生成的参数规范
        final ECGenParameterSpec sm2Spec = new ECGenParameterSpec("sm2p256v1");

        // 获取一个椭圆曲线类型的密钥对生成器
        final KeyPairGenerator kpg;
        try {
    
            kpg = KeyPairGenerator.getInstance("EC", new BouncyCastleProvider());
            // 使用SM2算法域参数集初始化密钥生成器（默认使用以最高优先级安装的提供者的 SecureRandom 的实现作为随机源）
            // kpg.initialize(sm2Spec);

            // 使用SM2的算法域参数集和指定的随机源初始化密钥生成器
            kpg.initialize(sm2Spec, new SecureRandom());

            // 通过密钥生成器生成密钥对
            return kpg.generateKeyPair();
        } catch (Exception e) {
    
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

    /**
     * @Description 公钥加密
     * @Author msx
     * @param publicKeyHex SM2十六进制公钥
     * @param data         明文数据
     * @return String
     */
    public static String encrypt(String publicKeyHex, String data) {
    
        return encrypt(getECPublicKeyByPublicKeyHex(publicKeyHex), data, 1);
    }

    /**
     * @Description 公钥加密
     * @Author msx
     * @param publicKey SM2公钥
     * @param data      明文数据
     * @param modeType  加密模式
     * @return String
     */
    public static String encrypt(BCECPublicKey publicKey, String data, int modeType) {
    
        //加密模式
        SM2Engine.Mode mode = SM2Engine.Mode.C1C3C2;
        if (modeType != 1) {
    
            mode = SM2Engine.Mode.C1C2C3;
        }
        //通过公钥对象获取公钥的基本域参数。
        ECParameterSpec ecParameterSpec = publicKey.getParameters();
        ECDomainParameters ecDomainParameters = new ECDomainParameters(ecParameterSpec.getCurve(),
                ecParameterSpec.getG(), ecParameterSpec.getN());
        //通过公钥值和公钥基本参数创建公钥参数对象
        ECPublicKeyParameters ecPublicKeyParameters = new ECPublicKeyParameters(publicKey.getQ(), ecDomainParameters);
        //根据加密模式实例化SM2公钥加密引擎
        SM2Engine sm2Engine = new SM2Engine(mode);
        //初始化加密引擎
        sm2Engine.init(true, new ParametersWithRandom(ecPublicKeyParameters, new SecureRandom()));
        byte[] arrayOfBytes = null;
        try {
    
            //将明文字符串转换为指定编码的字节串
            byte[] in = data.getBytes("utf-8");
            //通过加密引擎对字节数串行加密
            arrayOfBytes = sm2Engine.processBlock(in, 0, in.length);
        } catch (Exception e) {
    
            System.out.println("SM2加密时出现异常:" + e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        }
        //将加密后的字节串转换为十六进制字符串
        return Hex.toHexString(arrayOfBytes);
    }

    /**
     * @Description 私钥解密
     * @Author msx
     * @param privateKeyHex SM2十六进制私钥
     * @param cipherData    密文数据
     * @return String
     */
    public static String decrypt(String privateKeyHex, String cipherData) {
    
        return decrypt(getBCECPrivateKeyByPrivateKeyHex(privateKeyHex), cipherData, 1);
    }

    /**
     * @Description 私钥解密
     * @Author msx
     * @param privateKey SM私钥
     * @param cipherData 密文数据
     * @param modeType   解密模式
     * @return
     */
    public static String decrypt(BCECPrivateKey privateKey, String cipherData, int modeType) {
    
        //解密模式
        SM2Engine.Mode mode = SM2Engine.Mode.C1C3C2;
        if (modeType != 1)
            mode = SM2Engine.Mode.C1C2C3;
        //将十六进制字符串密文转换为字节数组（需要与加密一致，加密是：加密后的字节数组转换为了十六进制字符串）
        byte[] cipherDataByte = Hex.decode(cipherData);
        //通过私钥对象获取私钥的基本域参数。
        ECParameterSpec ecParameterSpec = privateKey.getParameters();
        ECDomainParameters ecDomainParameters = new ECDomainParameters(ecParameterSpec.getCurve(),
                ecParameterSpec.getG(), ecParameterSpec.getN());
        //通过私钥值和私钥钥基本参数创建私钥参数对象
        ECPrivateKeyParameters ecPrivateKeyParameters = new ECPrivateKeyParameters(privateKey.getD(),
                ecDomainParameters);
        //通过解密模式创建解密引擎并初始化
        SM2Engine sm2Engine = new SM2Engine(mode);
        sm2Engine.init(false, ecPrivateKeyParameters);
        String result = null;
        try {
    
            //通过解密引擎对密文字节串进行解密
            byte[] arrayOfBytes = sm2Engine.processBlock(cipherDataByte, 0, cipherDataByte.length);
            //将解密后的字节串转换为utf8字符编码的字符串（需要与明文加密时字符串转换成字节串所指定的字符编码保持一致）
            result = new String(arrayOfBytes, "utf-8");
        } catch (Exception e) {
    
            System.out.println("SM2解密时出现异常" + e.getMessage());
        }
        return result;
    }
    //椭圆曲线ECParameters ASN.1 结构
    private static X9ECParameters x9ECParameters = GMNamedCurves.getByName("sm2p256v1");
    //椭圆曲线公钥或私钥的基本域参数。
    private static ECParameterSpec ecDomainParameters = new ECParameterSpec(x9ECParameters.getCurve(), x9ECParameters.getG(), x9ECParameters.getN());

    /**
     * @Description 公钥字符串转换为 BCECPublicKey 公钥对象
     * @Author msx
     * @param pubKeyHex 64字节十六进制公钥字符串(如果公钥字符串为65字节首个字节为0x04：表示该公钥为非压缩格式，操作时需要删除)
     * @return BCECPublicKey SM2公钥对象
     */
    public static BCECPublicKey getECPublicKeyByPublicKeyHex(String pubKeyHex) {
    
        //截取64字节有效的SM2公钥（如果公钥首个字节为0x04）
        if (pubKeyHex.length() > 128) {
    
            pubKeyHex = pubKeyHex.substring(pubKeyHex.length() - 128);
        }
        //将公钥拆分为x,y分量（各32字节）
        String stringX = pubKeyHex.substring(0, 64);
        String stringY = pubKeyHex.substring(stringX.length());
        //将公钥x、y分量转换为BigInteger类型
        BigInteger x = new BigInteger(stringX, 16);
        BigInteger y = new BigInteger(stringY, 16);
        //通过公钥x、y分量创建椭圆曲线公钥规范
        ECPublicKeySpec ecPublicKeySpec = new ECPublicKeySpec(x9ECParameters.getCurve().createPoint(x, y), ecDomainParameters);
        //通过椭圆曲线公钥规范，创建出椭圆曲线公钥对象（可用于SM2加密及验签）
        return new BCECPublicKey("EC", ecPublicKeySpec, BouncyCastleProvider.CONFIGURATION);
    }

    /**
     * @Description 私钥字符串转换为 BCECPrivateKey 私钥对象
     * @Author msx
     * @param privateKeyHex 32字节十六进制私钥字符串
     * @return BCECPrivateKey SM2私钥对象
     */
    public static BCECPrivateKey getBCECPrivateKeyByPrivateKeyHex(String privateKeyHex) {
    
        //将十六进制私钥字符串转换为BigInteger对象
        BigInteger d = new BigInteger(privateKeyHex, 16);
        //通过私钥和私钥域参数集创建椭圆曲线私钥规范
        ECPrivateKeySpec ecPrivateKeySpec = new ECPrivateKeySpec(d, ecDomainParameters);
        //通过椭圆曲线私钥规范，创建出椭圆曲线私钥对象（可用于SM2解密和签名）
        return new BCECPrivateKey("EC", ecPrivateKeySpec, BouncyCastleProvider.CONFIGURATION);
    }

    public static void main(String[] args) {
    
        String publicKeyHex = null;
        String privateKeyHex = null;
        KeyPair keyPair = createECKeyPair();
        PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
        if (publicKey instanceof BCECPublicKey) {
    
            //获取65字节非压缩缩的十六进制公钥串(0x04)
            publicKeyHex = Hex.toHexString(((BCECPublicKey) publicKey).getQ().getEncoded(false));
            System.out.println("---->SM2公钥：" + publicKeyHex);
        }
        PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
        if (privateKey instanceof BCECPrivateKey) {
    
            //获取32字节十六进制私钥串
            privateKeyHex = ((BCECPrivateKey) privateKey).getD().toString(16);
            System.out.println("---->SM2私钥：" + privateKeyHex);
        }

        /**
         * 公钥加密
         */
        String data = "=========待加密数据=========";

        //将十六进制公钥串转换为 BCECPublicKey 公钥对象
        String encryptData = encrypt(publicKeyHex, data);
        System.out.println("---->加密结果：" + encryptData);

        /**
         * 私钥解密
         */
        //将十六进制私钥串转换为 BCECPrivateKey 私钥对象
        data = decrypt(privateKeyHex, encryptData);
        System.out.println("---->解密结果：" + data);
    }
}

扩展资料：

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。
（1）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。
（2）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。
（3）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。
（4）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。

这里有一篇关于SM1、SM2 、SM3、 SM4算法详解