国密SM2算法SSL证书的加密原理详解

国密SM2算法SSL证书的加密原理详解

国密SM2算法作为我国自主研发的公钥密码算法，已在多个领域替代RSA算法，成为保障信息安全的重要技术手段。本文将详细介绍SM2算法的基础知识、与RSA算法的对比优势，以及其在SSL证书中的具体应用流程。

国密SM2算法基础

SM2算法概述

SM2是由国家密码管理局于2010年12月17日发布的公开密钥加密标准，相关标准为“GM/T 0003 - 2012《SM2椭圆曲线公钥密码算法》”，并在2016年成为中国国家密码标准（GB/T 32918 - 2016）。它主要用于替换RSA加密算法，随着密码技术和计算机技术的发展，常用的1024位RSA算法面临严重的安全威胁，而SM2算法以其更先进安全的特性被选用。

算法组成

1. 签名算法：SM2签名算法已被收录于国际标准ISO/IEC 14888 - 3:2018《信息安全技术带附录的数字签名第3部分：基于离散对数的机制》。签名过程涉及私钥对消息摘要进行运算生成签名，验证时使用公钥对签名进行验证，确保消息的完整性和不可抵赖性。

2. 密钥交换算法：用于通信双方协商共享密钥，在不安全的网络环境中，通过密钥交换算法，双方可以基于各自的私钥和对方的公钥，计算出相同的共享密钥，该密钥用于后续的数据加密。

3. 加密算法：使用公钥对数据进行加密，只有对应的私钥才能解密。加密过程将明文数据通过特定的数学运算转换为密文，在传输过程中，即使密文被窃取，没有私钥也无法还原出明文，从而保证数据的保密性。

与RSA算法对比优势

SSL协议中的国密SM2算法应用

SSL协议基本流程

SSL协议位于传输层和应用层之间，其基本流程如下：

1. 握手阶段：客户端和服务器交换Hello消息，协商密码套件（包括加密算法、哈希算法等），交换随机数，决定是否重用会话。接着交换必要参数，协商预主密钥，再交换证书信息用于验证对方身份。

2. 密钥生成阶段：双方使用预主密钥和交换的随机数生成主密钥，该主密钥用于后续的数据加密和解密。

3. 数据传输阶段：在记录层，使用主密钥和其他安全参数对数据进行加密传输，并验证数据的完整性。

国密SM2算法在SSL协议中的作用

1. 身份认证：服务器向客户端发送包含SM2公钥的SSL证书，客户端通过验证证书的真实性（证书由受信任的CA颁发）以及证书中的公钥与服务器的对应关系，确认服务器的身份。同样，在双向认证场景下，客户端也向服务器发送证书，服务器验证客户端身份。

2. 密钥协商：基于SM2的密钥交换算法，客户端和服务器在握手阶段协商出共享密钥。双方各自拥有私钥和对方的公钥，通过特定的计算，得到相同的共享密钥，用于后续的数据加密。

3. 数据加密：在数据传输阶段，使用协商好的共享密钥，结合SM4等对称加密算法（SM2算法主要用于非对称加密，在实际数据传输中，由于对称加密算法效率更高，常采用对称加密算法对大量数据进行加密）对数据进行加密。SM2算法生成的密钥用于保护对称加密密钥的传输安全。

国密SM2算法SSL证书加密过程详解

证书颁发过程

1. 申请：网站运营者向工信部许可的权威电子认证机构（CA）提交证书申请，包括相关的身份信息、域名信息等。

2. 审核：CA对申请信息进行审核，确保申请主体的真实性和合法性。

3. 密钥生成：

• 服务器端生成SM2密钥对，私钥由服务器妥善保管，公钥发送给CA。
• CA生成自己的SM2密钥对，用于对服务器证书进行签名。

1. 证书签发：CA使用自己的私钥对服务器的公钥以及其他相关信息（如域名、有效期等）进行签名，生成国密SM2算法SSL证书，并将证书颁发给服务器。

加密通信过程

1. 客户端发起请求：客户端（如浏览器）向服务器发送HTTPS请求，请求中包含客户端支持的密码套件列表等信息。

2. 服务器响应：服务器收到请求后，选择双方都支持的包含SM2算法的密码套件，并将自己的国密SM2算法SSL证书发送给客户端。

3. 客户端验证证书：

• 客户端检查证书是否由受信任的CA颁发，通过内置的CA根证书列表进行验证。
• 验证证书的有效期、域名是否与访问的域名一致等。
• 使用CA的公钥验证证书签名的有效性，确保证书未被篡改。

1. 密钥协商：

• 客户端生成一个随机数（预主密钥），使用服务器证书中的SM2公钥对预主密钥进行加密，并发送给服务器。
• 服务器使用自己的SM2私钥解密，得到预主密钥。
• 客户端和服务器根据预主密钥以及之前交换的随机数，通过特定的算法计算出主密钥。

1. 数据加密传输：

• 双方使用主密钥和对称加密算法（如SM4）对数据进行加密传输。例如，客户端将请求数据加密后发送给服务器，服务器接收后解密；服务器将响应数据加密后发送给客户端，客户端接收后解密。
• 在传输过程中，通过哈希算法（如SM3）计算数据的哈希值，对数据进行完整性校验，确保数据未被篡改。