国密算法是指由中国国家密码管理局发布的密码算法标准，旨在保障国家信息安全。目前，国家密码管理局已发布了一系列国产商用密码标准算法，包括SM1（SCB2）、SM2、SM3、SM4、SM7、SM9以及祖冲之密码算法（ZUC)等。通过在金融、电子政务及安防等领域广泛应用国密算法，在对敏感数据进行机密性、完整性和可用性保护的同时，减少对外部密码产品的依赖，提升国家信息安全水平。 为什么需要国密算法？国密算法的产生背景在网络信息传输和存储过程中，数据的保密性和安全性是一项重要的需求。传统的国际标准加密算法虽然安全可靠，但由于无法保证源代码的安全性，因此存在着源代码被外部恶意攻击者渗透或篡改的风险。为了构建安全的行业网络环境并增强国家行业信息系统的“安全可控”能力，中国积极开展了针对信息安全需求的研究和探索。自2007年开始，中国制定了国密算法标准，并于2010年正式发布。 经过多年的发展、改进和完善，国密算法已成为中国自主研发的密码算法标准，并在各行业得到广泛应用。它的诞生不仅显著提升了中国在密码技术领域的核心竞争力，还为国家信息安全建设作出了重要贡献。 国密算法的特点国密算法具备如下特点： ·安全性高：国密算法采用了严密的密码学原理和复杂的运算方式，具有较高的安全性。它在加密、数字签名和哈希等功能上都能提供可靠的保护，抵抗了各种传统和现代密码攻击手段。 ·高效性与灵活性：国密算法在保证安全性的同时，注重算法的效率。它的加密速度和运行效率相对较高，同时也能适应不同的密码长度和密钥长度，以满足不同场景的需求。 ·标准化广泛：国密算法已被国家标准化机构认可和采用。它符合国际密码学标准的基本要求，具备与国际算法相媲美的能力。同时，国密算法也在国内推广和应用广泛，成为中国信息安全领域的基础核心算法之一。 ·自主创新：国密算法是中国自主研发的密码算法，所以对于算法的实现和推广都具有独立的掌控能力。这意味着中国可以更好地保护自己的国家信息安全，减少对外依赖，提高自主抵抗能力。 ·面向多领域应用：国密算法不仅局限于某个特定领域的应用，它适用于金融业、电子商务、通信、物联网、区块链等不同领域的信息安全保护。它的广泛应用范围使得国密算法可以满足不同行业的安全需求。 国密算法如何工作？国密算法包括SM1（SCB2）、SM2、SM3、SM4、SM7、SM9以及祖冲之密码算法（ZUC)等。其中，SM1、SM4、SM7、祖冲之密码（ZUC）属于对称算法；SM2、SM9属于非对称算法；SM3属于杂凑算法。 下文将主要介绍国密算法中的常用算法SM1、SM2、SM3和SM4的实现和应用。
SM1算法的实现和应用SM1算法是国密算法中的一种对称加密算法，其特点是加解密使用相同密钥。利用SM1对称加密算法加解密数据的过程。 SM1算法未公开，仅以IP核（Intellectual Property Core，一种预先做好的集成电路功能模块）的形式存在于芯片中。SM1算法主要用于小数据量的加密保护，因此被广泛用于研制智能IC卡、智能密码钥匙、门禁卡、加密卡等安全产品。
SM2算法的实现和应用SM2算法是基于ECC（Elliptic Curve Cryptography）椭圆曲线的非对称加密算法，包括了SM2-1椭圆曲线数字签名算法、SM2-2椭圆曲线密钥交换协议和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算法在许多领域都有广泛的应用。在电子商务领域，SM2算法被用于保护用户个人信息的安全传输，确保用户在网上交易过程中的隐私和财产的安全。在互联网金融领域，SM2算法被用于数字支付、电子银行等场景，实现用户身份认证和交易的安全性。此外，SM2算法还适用于物联网领域，保护物联网设备之间的通信安全，确保数据的可靠传输。 数据加密在非对称加密算法中，可对外公布的密钥称为“公钥”，只有持有者所知的密钥称为“私钥”。发送者使用接收者的公钥来加密消息，接收者用自己的私钥解密和读取该消息。 利用SM2非对称加密算法加解密数据的过程。
密钥协商由于椭圆曲线的计算复杂性高，破解难度大，因此SM2算法在密钥协商技术领域也起着关键作用。利用SM2算法进行密钥协商的过程。 (1) 会话双方生成自己的私钥（随机数）。 (2) 会话双方由私钥、ECC椭圆曲线参数G各自计算出公钥。 (3) 会话双方将自己的公钥传递给对方，传递过程公开。由于椭圆曲线的计算复杂性高，破解难度大，因此攻击者难以通过公钥和椭圆曲线参数G反推出私钥。 (4) 双方将自己的私钥与对方的公钥进行运算，最终得到相同的会话密钥，该会话密钥可作为共享密钥用于对称加密（例如SM4算法）通信。
数字签名数字签名是一种用于验证信息完整性、真实性和来源的技术手段。它通常用于确保数据在传输或存储过程中没有被篡改，并且可以追溯到特定的发送方。发送方使用自己的私钥对消息进行加密，生成数字签名。接收方使用发送方的公钥对签名进行解密和验证，以验证消息的完整性和真实性。 在数字签名应用中，SM2算法通常与SM3摘要算法一起使用。 SM3算法的实现和应用SM3杂凑（Hashing）算法是国密算法中的一种摘要算法。SM3算法通过哈希函数将任意长度的消息压缩成固定长度的摘要。摘要具有唯一性，即不同信息生成的摘要不同，且无法由摘要恢复出原始信息，更无法伪造信息获得相同摘要，因此SM3算法被广泛用于实现数字签名、数据完整性检测及消息验证等功能。 基于SM3算法的特点，在信息安全领域，SM3算法被用于保护密码学协议、数字证书和电子签名等数据的完整性。在区块链领域，SM3算法被用于加密货币的区块生成和链上交易的校验，确保区块链的安全性。此外，SM3算法还可以应用于密码学随机数的生成和伪随机序列的校验等领域，增加了数据的安全性和可靠性。 利用SM2算法和SM3算法对用户数据进行数字签名认证及完整性校验的过程。 (1) 用户A发送的数据A经过SM3哈希算法运算生成摘要A。 (2) 摘要A经过用户A的私钥加密生成数字签名。 (3) 用户A的明文数据和数字签名经加密算法（SM1/SM2/SM4）加密成密文后发送给用户B。加密算法以非对称加密算法SM2为例，即加解密使用不同密钥。 (4) 密文到达用户B处，经加密算法（SM1/SM2/SM4）解密后，还原成明文数据和数字签名。 (5) 用户B使用用户A的公钥解密数据包中的数字签名： ο解密成功，数据来源合法，得到摘要A； ο解密失败，数据来源非用户A，丢弃本次数据。 (6) 收到的数据包中的明文数据经过SM3哈希运算生成摘要A’。对比摘要A和摘要A’： ο摘要A’＝摘要A，数据完整； ο摘要A’≠摘要A，数据被篡改，丢弃本次数据。
SM4算法的实现和应用与SM1算法分类相同，SM4算法同样为分组对称加密算法，但SM4算法实现公开。 分组加密算法是将明文数据按固定长度进行分组，用同一密钥逐组加密，密文解密时同样使用相同密钥逐组解密。SM4算法实现简单，因此加解密速度较快，消耗资源少，主要用于大数据量的加密和解密，例如静态储存或数据信号传输通道中数据的加解密。 在网络安全领域，SM4算法被用于保护网络传输和存储的敏感数据，如银行卡信息、密码等。在物联网领域，SM4算法被用于物联网设备之间的通信和数据加密，确保物联网数据的隐私安全。此外，SM4算法还可以应用于区块链领域，保护加密货币的交易安全等领域，为相关系统和数据的安全提供了保障。 加解密模式SM4算法支持ECB、CBC、CFB等多种分组模式，下文将介绍ECB和CBC两种基础模式。 ·ECB模式 SM4算法基于ECB模式对数据加解密的过程。 (1) 发送端将明文按固定长度分组，对每个明文分组分别使用相同的密钥进行加密生成密文分组。完整的密文由所有密文分组按序排列组合而成。 (2) 接收端将密文按固定长度分组，对每个密文分组分别使用相同的密钥进行解密生成明文分组。所有明文分组按序排列组合而成完整的明文数据。 ECB模式实现简单，各段数据间互不影响，有利于并行运算，但相同的明文块会被加密成相同的密文块，不能提供严格的数据保密性。
SM4算法基于CBC模式对明文加密的过程。 (1) 将明文按固定长度分组。 (2) 明文分组1与初始向量IV进行异或运算，异或运算的结果经密钥加密后得到密文分组1。 (3) 剩余的明文分组依次与前一个密文分组进行异或运算后再加密，得到对应的密文分组。 (4) 完整的密文由所有密文分组按序排列组合而成。
SM4算法基于CBC模式对密文解密的过程。 (1) 将密文按固定长度分组后，对密文分组进行倒序处理。 (2) 对密文分组n先使用密钥进行解密，密文分组n解密后的数据与密文分组n-1进行逻辑逆运算，得到明文分组n。 (3) 同理，剩余的密文分组解密后再与前一个密文分组进行逻辑逆运算，得到对应的明文分组。 (4) 最后，密文分组1用密钥解密后的数据是与初始向量进行逻辑逆运算，然后得到明文分组1。 (5) 完整的明文由所有明文分组按序排列组合而成。 CBC模式安全性高于ECB，但明文块不能并行计算，且误差会传递下去。
国密算法与国际标准算法的对比国密算法和国际标准算法都是现代密码学中常用的加密算法，但在技术和优劣方面存在一些区别。常见国密算法与国际标准算法各参数性能的对比如下：
国密算法的典型应用场景有哪些？AD-WAN纵向IP/MPLS组网国密算法可以与AD-WAN技术结合，应用于IP/MPLS纵向网场景。通过AD-WAN智能运维平台，实现国密配置一键下发，在网络中构建国密数据加密通道，实现基于国密的端到端的IPsec隧道保护。  国密算法在端到端的IPsec隧道中的工作原理如下： (1) 在IKE密钥协商阶段，使用IKE协议进行密钥协商过程中，采用SM2算法生成会话密钥。 (2) 在身份认证阶段，本端使用SM2和SM3算法生成身份信息的数字签名，并使用SM1或SM4算法和会话密钥对身份信息和数字签名进行加密；对端收到加密的身份信息后，使用相同的会话密钥解密，然后通过SM2和SM3算法进行身份认证。 (3) 在数据传输阶段，本端使用SM2和SM3算法生成用户数据的数字签名，并使用SM1或SM4算法以及会话密钥对用户数据和数字签名进行加密；对端收到加密的用户数据后，使用相同的会话密钥解密，然后通过SM2和SM3算法进行数据完整性检查。
4G/5G VPDN业务组网4G/5G VPDN（Virtual Private Dialup Network，虚拟专有拨号网络）业务是在4G/5G无线网络中采用拨号方式实现的一种虚拟专有网络业务。它利用L2TP技术为客户构建与互联网隔离的隧道，以满足客户分支和总部内网通信的需求。VPDN组网同时支持将L2TP和IPsec技术结合，通过L2TP完成用户认证确保接入安全，并利用IPsec保障通信数据安全。 (1) 4G/5G VPDN组网中分支网关由4G/5G路由设备担任，通过拨号接入运营商网络。 (2) 运营商对4G/5G路由设备的APN（Access Point Name，接入点名称）、账户、SIM/USIM卡信息进行认证。 (3) 4G/5G路由设备认证通过后被运营商判断是VPDN用户，同时由运营商AAA服务器向LAC（L2TP Access Concentrator，L2TP访问集中器）设备下发L2TP隧道属性，LAC设备将基于下发的L2TP隧道属性信息向该VPDN用户所属总部的LNS（L2TP Network Server，L2TP网络服务器）设备发起隧道建立请求。 (4) L2TP隧道建立后，LAC设备会通过此隧道向LNS设备透传用户的认证信息。LNS设备向总部内网的AAA服务器发起对VPDN用户的二次认证，认证通过后为VPDN用户分配一个企业内网IP地址。分支终端用户和总部可以开始通信。 (5) 分支网关与总部网关设备上均安装有国密板卡，通过IPsec协商建立起端到端的IPsec隧道，使用国密算法对传输的数据报文进行加密保护和数据完整性检查。 (6) 经IPsec加密后的数据报文在LAC设备处进行L2TP封装后，通过L2TP隧道传输到LNS。 (7) LNS收到数据报文后首先对L2TP报文进行解封装，然后经过IPsec解密还原出数据报文，根据报文目的IP地址转发报文。
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