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国密算法

国密算法

概述

国密算法是国家密码局制定标准的一系列算法，包括对称加密算法、椭圆曲线非对称加密算法和杂凑算法，如SM1、SM2、SM3等。SM2为国家密码管理局公布的公钥算法，其加密强度为256位，其它几个重要的商用密码算法如下：

  • SM1：对称加密算法，加密强度为128位，采用硬件实现。

  • SM3：密码杂凑算法，杂凑值长度为32字节，和SM2算法同期公布，详情请参见《国家密码管理局公告（第 22 号）》。

  • SMS4：对称加密算法，随WAPI标准一起公布，可使用软件实现，加密强度为128位。

目的

  • openssl支持国密算法SM2、SM3、SM4。

  • kernel支持加载SM4模块。

  • openss支持国密算法 SM2、SM3、SM4。

术语说明

SM2

SM2算法就是ECC椭圆曲线密码机制，但在签名、密钥交换方面不同于ECDSA、ECDH等国际标准，而是采取了更为安全的机制。另外，SM2推荐了一条256位的曲线作为标准曲线。

SM2算法主要考虑素域Fp和F2m上的椭圆曲线，分别介绍了这两类域的表示、运算，以及域上的椭圆曲线的点的表示、运算和多倍点计算算法。然后介绍了编程语言中的数据转换，包括整数和字节串，字节串和比特串，域元素和比特串，域元素和整数，点和字节串之间的数据转换规则。详细说明了有限域上椭圆曲线的参数生成以及验证，椭圆曲线的参数包括有限域的选取、椭圆曲线方程参数、椭圆曲线群基点的选取等，并给出了选取的标准以便于验证。最后给椭圆曲线上密钥对的生成以及公钥的验证，用户的密钥对为（s，sP），其中s为用户的私钥，sP为用户的公钥，由于离散对数问题从sP难以得到s，并针对素域和二元扩域给出了密钥对生成细节和验证方式。

SM3

SM3密码杂凑（哈希、散列）算法给出了杂凑函数算法的计算方法和计算步骤，并给出了运算示例。此算法适用于商用密码应用中的数字签名和验证，消息认证码的生成与验证以及随机数的生成，可满足多种密码应用的安全需求。此算法对输入长度小于2的64次方的比特消息，经过填充和迭代压缩，生成长度为256比特的杂凑值，其中使用了异或，模，模加，移位，与，或，非运算，由填充，迭代过程，消息扩展和压缩函数所构成。

SM4

此算法是一个分组算法，用于无线局域网产品。该算法的分组长度为128比特，密钥长度为128比特。加密算法与密钥扩展算法都采用32轮非线性迭代结构。解密算法与加密算法的结构相同，只是轮密钥的使用顺序相反，解密轮密钥是加密轮密钥的逆序。

此算法采用非线性迭代结构，每次迭代由一个轮函数给出，其中轮函数由一个非线性变换和线性变换复合而成，非线性变换由S盒所给出。其中rki为轮密钥，合成置换T组成轮函数。轮密钥的产生与上图流程类似，由加密密钥作为输入生成，轮函数中的线性变换不同，还有些参数的区别。

参考资料

  • GB/T 36441-2018 硬件产品与操作系统兼容性规范。

  • GB/T 36465-2018 网络终端操作系统总体技术要求。

  • GB/T 25645-2010 信息技术 中文Linux服务器操作系统技术要求。

  • GB/T 25655-2010 信息技术 中文Linux桌面操作系统技术要求。

  • GB18030-2005《信息技术中文编码字符集》。

  • GB/T 16260-2006 软件工程产品质量。

  • GB/T 25645-2010 中文 Linux 服务器操作系统技术要求。

  • GB/T 32394-2015 中文 Linux 操作系统运行环境扩充要求。

  • GB/T 25000.1-2010《软件工程软件产品质量要求与评价》。

使用方法

kernel

  • 在统信服务器操作系统（版本为10xxa时）中

141安装操作系统的最新版本。

142查看“/boot/config-*”中如下配置是否为y。若为y，则sm4已经在内核,如下以x86_64为例查看/boot/config-x86_64：CONFIG_CRYPTO_SM4、CONFIG_CRYPTO_SM4_AESNI_AVX_X86_64、CONFIG_CRYPTO_SM4_AESNI_AVX2_X86_64。

  • 在统信服务器操作系统（版本为10xxe时）中

143安装操作系统的最新版本。

144执行modprobe sm4_generic命令，加载该模块。

145执行lsmod | grep sm4命令，查看sm4_generic模块是否加载成功。

openssl

  • SM2

146执行如下命令，检查椭圆曲线是否包含SM2。

openssl ecparam -list_curves | grep SM2

147执行如下命令，使用openssl生成SM2公钥和私钥。

openssl ecparam -genkey -name SM2 -out priv.key

openssl ec -in priv.key -pubout -out pub.key

148查看SM2公钥和私钥。

  • SM3：SM3是一种利用单向函数构建的密码，只能正向加密，不能逆推解密。

149执行如下命令，进行hamc校验。

echo -n "abc" | openssl dgst -sm3 -hmac "01234567890123456789012345678901"

150执行如下命令，进行非hamc校验。

echo -n "abc" | openssl dgst -SM3

[root@localhost~]#echo -n"abc"| openssldgst -SM3 (stdin)=66c7fof462eeedd9d1f2d46bdc10e4e24167c4875cf2f7a2297da02b8f4ba8e0 [root@localhost~]#)

  • SM4

151以1070a x86_64环境为例执行如下命令，检查SM4对称算法。

openssl enc -ciphers | grep sm4

152通过SM4国密算法进行数据加密、解密，并验证是否成功。

（9）执行如下命令，创建文件。

echo UOS > msg.txt

（10）执行如下命令，进行加密。

openssl enc -e -sm4-cbc -pbkdf2 -k 123456 -in msg.txt -out enc_msg.txt

（11）执行如下命令，进行解密。

openssl enc -d -sm4-cbc -pbkdf2 -k 123456 -in enc_msg.txt -out dee_msg.txt

（12）执行如下命令，进行验证。

diff dee_msg.txt msg.txt

cat dee_msg.txt

Openssh

:::note sw64和loongarch64暂不支持。

■SM2：执行如下命令，检查算法key类型是否包含SM2算法。 :::

ssh -Q key

  • SM3：执行如下命令，检查密钥交换算法的类型是否包含SM3算法。

ssh -Q kex

  • SM4：执行如下命令，检查密码套件的类型是否包含SM4算法。

ssh -Q cipher

  • 使用国密算法进行openssh连接

◆配置服务端

（13）在服务端中，执行如下命令，调用ssh-keygen生成主机密钥。

ssh-keygen -t sm2 -m PEM -f /etc/ssh/ssh_host_sm2_key

（14）在“/etc/crypto-policies/back-ends/opensshserver.config”文件中，增加算法标识，示例如下：

CRYPTO_POLICY='-oCiphers=aes256-gcm@openssh.com,chacha20-poly1305@openssh.com,aes256-ctr,aes128-gcm@openssh.com,aes128-ctr,sm4-ctr -oMACs=hmac-sha2-256-etm@openssh.com,hmac-sha1-etm@openssh.com,umac-128-etm@openssh.com,hmac-sha2-512-etm@openssh.com,hmac-sha2-256,hmac-sha1,umac-128@openssh.com,hmac-sha2-512,hmac-sm3 -oGSSAPIKexAlgorithms=gss-curve25519-sha256-,gss-nistp256-sha256-,gss-group14-sha256-,gss-group16-sha512-,gss-gex-sha1-,gss-group14-sha1- -oKexAlgorithms=curve25519-sha256,curve25519-sha256@libssh.org,ecdh-sha2-nistp256,ecdh-sha2-nistp384,ecdh-sha2-nistp521,diffie-hellman-group-exchange-sha256,diffie-hellman-group14-sha256,diffie-hellman-group16-sha512,diffie-hellman-group18-sha512,diffie-hellman-group-exchange-sha1,diffie-hellman-group14-sha1,sm2-sm3 -oHostKeyAlgorithms=ecdsa-sha2-nistp256,ecdsa-sha2-nistp256-cert-v01@openssh.com,ecdsa-sha2-nistp384,ecdsa-sha2-nistp384-cert-v01@openssh.com,ecdsa-sha2-nistp521,ecdsa-sha2-nistp521-cert-v01@openssh.com,ssh-ed25519,ssh-ed25519-cert-v01@openssh.com,rsa-sha2-256,rsa-sha2-256-cert-v01@openssh.com,rsa-sha2-512,rsa-sha2-512-cert-v01@openssh.com,ssh-rsa,ssh-rsa-cert-v01@openssh.com,sm2 -oPubkeyAcceptedKeyTypes=ecdsa-sha2-nistp256,ecdsa-sha2-nistp256-cert-v01@openssh.com,ecdsa-sha2-nistp384,ecdsa-sha2-nistp384-cert-v01@openssh.com,ecdsa-sha2-nistp521,ecdsa-sha2-nistp521-cert-v01@openssh.com,ssh-ed25519,ssh-ed25519-cert-v01@openssh.com,rsa-sha2-256,rsa-sha2-256-cert-v01@openssh.com,rsa-sha2-512,rsa-sha2-512-cert-v01@openssh.com,ssh-rsa,ssh-rsa-cert-v01@openssh.com,sm2 -oCASignatureAlgorithms=ecdsa-sha2-nistp256,ecdsa-sha2-nistp384,ecdsa-sha2-nistp521,ssh-ed25519,rsa-sha2-256,rsa-sha2-512,ssh-rsa -oFingerprintHash=sm3'

（15）在“/etc/ssh/sshd_config”文件中，添加如下内容。

HostKey /etc/ssh/ssh_host_sm2_key

MACs hmac-sm3

KexAlgorithms sm2-sm3

Ciphers sm4-ctr

HostKeyAlgorithms +sm2

PubkeyAcceptedKeyTypes +sm2

FingerprintHash sm3

（16）执行如下命令，重启sshd服务。

systemctl restart sshd

◆配置客户端

（17）在客户端中，执行如下命令，调用ssh-keygen生成主机密钥。

ssh-keygen -t sm2 -m PEM

:::note 系统会将主机密钥默认保存为“/.ssh/id_sm2”和“/.ssh/id_sm2.pub”。 :::

（18）执行如下命令，将公钥发送到服务端。

ssh-copy-id root@${server_ip}

:::note 此处的${server_ip}指的是服务端的IP地址，请根据实际情况填写。 :::

（19）执行如下命令，使用国密算法进行ssh无密码登录。

ssh -o PreferredAuthentications=publickey -o HostKeyAlgorithms=sm2 -o PubkeyAcceptedKeyTypes=sm2 -o Ciphers=sm4-ctr -o MACs=hmac-sm3 -o KexAlgorithms=sm2-sm3 -o FingerprintHash=sm3 -i ~/.ssh/id_sm2 root@${server_ip}

:::note 此处的${server_ip}指的是服务端的IP地址，请根据实际情况填写。 :::

M2key ingerprint is SM:5cAhrtYXOxYyI+yeNZjcFvi36Cwd/f624ms3jmNFE Are you sure you want to continue connecting (yes/no/[fingerprint])? yes Warning: Permanent1y added '10.20.33.43'(SM2) to the list of known hosts, UnionTech 0S Server 20 1060e We1come to OS Server 20 Upgradable packages:0 Upgrade command 1ine: yum upgrade Activate the web console with:systemct1 enable--now cockpit. socket Last login: Wed Oct 18 16:02:51 2023 from 10.20.33.119 Welcome to 4.19.90-2305.1.0.0199.56.ue120.x86_64 2023年10月18日星期三16:06:30CST System information as of time: 0.00 System 1oad: Processes: 211 Memory used: 22.2% Swap used: 0.0% Usage On: 18% IP address: 10.20.33.43 Users online: 3)

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