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一、国密算法体系总览

在信息技术高速发展的当下，数据安全已成为国家战略的重要组成部分。为保障商用密码的安全性与自主性，国家密码局制定了一系列自主设计的密码标准，即国密算法。这些算法涵盖对称加密、非对称加密、哈希运算等多个领域，形成了完整的密码保障体系，为电子政务、电子商务、金融交易等关键领域提供了坚实的安全支撑。

国密算法主要包括 SM1（SCB2）、SM2、SM3、SM4、SM7、SM9 以及祖冲之密码算法（ZUC）等。从类型上划分，SM1、SM4、SM7 和 ZUC 属于对称算法，其加密和解密使用相同的密钥；SM2、SM9 属于非对称算法，通过公钥和私钥的配对实现加密与签名；SM3 则是哈希算法，用于生成消息的唯一摘要，保障数据的完整性。其中，SM1、SM7 算法的具体实现细节不公开，需通过加密芯片的接口调用，进一步提升了算法的安全性。

二、主要国密算法原理与应用场景

2.1 对称加密算法

2.1.1 SM1 算法

SM1 是一种分组密码算法，分组长度和密钥长度均为 128 位。其安全保密强度及软硬件实现性能与国际通用的 AES 算法相当，但算法细节不公开，仅以 IP 核的形式集成在芯片中。

在应用场景方面，SM1 算法已广泛用于系列安全产品的研制，包括加密芯片、智能 IC 卡、智能密码钥匙、加密卡、加密机等。这些产品在电子政务领域（如国家政务通系统）、电子商务交易安全保障以及国民经济的关键应用领域（如警务通等涉密场景）发挥着重要作用，通过硬件级别的加密保护，确保敏感数据在存储和传输过程中的安全性。

2.1.2 SM4 算法

SM4 同样是分组密码算法，分组长度和密钥长度均为 128 比特，主要用于无线局域网产品。其加密算法与密钥扩展算法均采用 32 轮非线性迭代结构，轮函数由非线性变换（S 盒）和线性变换复合而成。解密算法与加密算法结构相同，但轮密钥的使用顺序相反，解密轮密钥是加密轮密钥的逆序。

SM4 算法的应用场景集中在无线局域网安全领域，可用于保障无线通信数据的加密传输，防止数据在无线信道中被窃听或篡改。例如，在企业内部无线办公网络、公共场所的无线网络接入等场景中，SM4 算法能为数据链路层的安全通信提供加密支持，确保用户数据的私密性。

2.1.3 SM7 算法

SM7 是适用于非接触式 IC 卡的分组密码算法，分组长度和密钥长度均为 128 比特，算法不公开，需通过专用芯片接口调用。

其应用场景主要围绕非接触式 IC 卡的各类应用展开，包括身份识别类（如门禁卡、工作证、参赛证）、票务类（如大型赛事门票、展会门票）以及支付与通卡类（如积分消费卡、校园一卡通、企业一卡通等）。在这些场景中，SM7 算法通过对 IC 卡内存储的身份信息、消费数据等进行加密保护，防止卡片被复制、数据被篡改，保障身份认证的准确性和交易数据的安全性。

2.1.4 祖冲之密码算法（ZUC）

祖冲之序列密码算法（ZUC）是我国自主研究的流密码算法，主要由祖冲之算法（ZUC）、加密算法（128-EEA3）和完整性算法（128-EIA3）三部分组成。流密码的特点是通过密钥流生成器产生与明文等长的密钥流，再与明文进行异或运算得到密文。

ZUC 算法的典型应用场景是移动通信领域，作为 4G 网络中的国际标准密码算法，用于保障移动数据的加密传输和完整性校验。目前，已有针对 128-EEA3 加密算法和 128-EIA3 完整性算法的硬件实现与优化，能满足移动通信高吞吐量、低延迟的加密需求，确保用户通话、短信以及移动数据业务的安全。

2.2 非对称加密算法

2.2.1 SM2 算法

SM2 基于椭圆曲线密码（ECC）机制，是一种公钥密码算法，但在签名、密钥交换方面采取了与国际标准（如 ECDSA、ECDH）不同的更为安全的机制，并推荐了一条 256 位的曲线作为标准曲线。

SM2 标准包括总则、数字签名算法、密钥交换协议、公钥加密算法四个部分。其核心原理是利用椭圆曲线上的离散对数问题的难解性，即已知椭圆曲线上的点 P 和 sP（s 为私钥），难以求出私钥 s。在密钥对生成中，用户私钥为 s，公钥为 sP（P 为椭圆曲线群基点）。数字签名算法、密钥交换协议和公钥加密算法均使用 SM3 杂凑算法和随机数发生器，在素域 Fp 和 F2m 上的椭圆曲线进行运算。

SM2 算法的应用场景广泛，可用于数字签名、密钥交换和公钥加密等场景。在电子合同签署中，SM2 数字签名能确保合同的完整性和签署者的身份真实性，防止抵赖；在密钥交换场景中，通信双方可通过 SM2 密钥交换协议安全地协商会话密钥，用于后续的对称加密通信；在公钥加密方面，可用于加密敏感信息，只有持有对应私钥的接收者才能解密，适用于电子邮件加密、敏感数据的加密存储等场景。与 RSA 算法相比，SM2 在相同安全强度下密钥长度更短（256 位 SM2 与 2048 位 RSA 安全性相当），计算效率更高，更适合在资源受限的设备（如移动终端）上应用。

2.2.2 SM9 算法

SM9 是标识密码算法，基于标识密码学理念，将用户的标识（如邮件地址、手机号码、QQ 号码等）作为公钥，无需交换数字证书和公钥，简化了密钥管理流程。

其核心原理是利用双线性对运算实现基于标识的加密和签名。在密钥生成过程中，由密钥生成中心（KGC）生成系统主密钥，用户无需自行生成密钥对，只需将标识提交给 KGC，即可获得与该标识对应的私钥，公钥则直接由标识确定。这种机制大幅降低了密钥管理的复杂性，减少了证书维护的成本。

SM9 算法适用于互联网应用的新兴安全保障场景，如基于云技术的密码服务，可对云端存储的数据进行加密保护，用户通过自身标识即可解密；在电子邮件安全领域，可利用邮箱地址作为公钥进行加密通信，无需预先交换密钥；此外，在智能终端保护、物联网设备身份认证、云存储数据加密等场景中，SM9 算法凭借简化的密钥管理优势，能显著提升安全系统的部署效率和易用性。

2.3 哈希算法：SM3 算法

SM3 是密码杂凑（哈希）算法，用于对输入消息生成 256 比特的杂凑值。其处理过程包括填充和迭代压缩，对输入长度小于 2^64 比特的消息，首先进行填充以满足分组要求，然后通过迭代压缩过程（包含消息扩展和压缩函数）生成最终的杂凑值，运算中使用了异或、模运算、模加、移位、与、或、非等多种操作。

SM3 算法的应用场景主要体现在数字签名和验证、消息认证码的生成与验证以及随机数的生成等方面。在数字签名中，SM3 用于对原始消息生成摘要，签名者对摘要进行加密，验证方通过重新计算摘要并比对，确认消息的完整性和签名的有效性；在消息认证场景中，通信双方可利用 SM3 生成消息认证码，确保接收的消息未被篡改且来自合法发送方；此外，SM3 还可作为随机数生成的基础组件，为密码算法中的随机数需求提供支持。SM3 算法在 SM2、SM9 等标准中被广泛使用，是国密算法体系中保障数据完整性的核心工具。

三、国密算法对比总结表格

算法名称	算法类型	密钥长度 / 分组长度	核心特点	应用场景	算法公开性
SM1	对称分组密码	密钥 128 位，分组 128 位	与 AES 性能相当，安全性高	智能 IC 卡、加密机、电子政务、警务通	不公开，需芯片调用
SM2	非对称（椭圆曲线）	256 位（推荐曲线）	基于 ECC，签名和密钥交换机制更安全	数字签名、密钥交换、公钥加密、电子合同	公开
SM3	哈希算法	输出 256 比特摘要	用于消息摘要，保障完整性	数字签名验证、消息认证码、随机数生成	公开
SM4	对称分组密码	密钥 128 位，分组 128 位	32 轮非线性迭代，适用于无线场景	无线局域网数据加密传输	公开
SM7	对称分组密码	密钥 128 位，分组 128 位	针对非接触式 IC 卡设计	门禁卡、门票、校园一卡通等	不公开，需芯片调用
SM9	非对称（标识密码）	-	以标识作为公钥，简化密钥管理	云端加密、电子邮件安全、物联网身份认证	公开
ZUC	对称（流密码）	-	包含加密和完整性算法	4G 移动通信数据加密与完整性校验	公开

通过上述对比可见，国密算法体系覆盖了不同加密需求场景，对称算法以高效的硬件级加密保障数据传输与存储安全，非对称算法以灵活的密钥管理支持身份认证与密钥协商，哈希算法则为数据完整性提供基础保障。这些算法的协同应用，为我国信息安全领域构建了自主可控的密码保障体系，在数字经济快速发展的背景下，对保护个人信息、商业秘密和国家敏感数据具有重要意义。

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