openssl中的SM3 | 花落已飘

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一、 SM3概述
二、代码示例

一、 SM3概述

SM3 是中国国家密码算法标准之一，属于国密算法（SM系列）中的哈希算法。它的全称是“国家商用密码算法 SM3”，主要用于数字签名、信息认证、数据完整性校验等领域。SM3 被广泛应用于中国国内的金融、电力、通信等行业，以确保数据的安全性与完整性。

SM3 的主要特点：

哈希算法：
SM3 是一种加密哈希函数（也叫消息摘要算法），输入数据（无论是文本、文件还是其他格式）后，生成一个固定长度的输出，通常用于数据校验和数字签名等场景。
固定输出长度：
SM3 会对任何长度的输入数据进行处理，输出一个固定长度的哈希值——256位（32字节），即“256-bit hash value”。这意味着，不管输入数据的大小如何，SM3 总是产生相同大小的输出。
不可逆性：
SM3 算法的一个基本特性是不可逆性，即无法从输出的哈希值反推出原始数据。换句话说，它是一个单向函数。
抗碰撞性：
SM3 算法设计时考虑了抗碰撞攻击，即两个不同的输入数据生成相同哈希值的概率非常低。这是哈希算法的重要特性，能确保数据的一致性。
抗篡改性：
由于 SM3 是一种加密哈希函数，它能够有效地验证数据的完整性。如果输入数据发生任何微小变化，SM3 生成的哈希值就会发生大幅度变化，从而可以检测数据是否被篡改。

SM3 与其他哈希算法的比较：

与 SHA-256 比较：
SM3 与国际上广泛使用的哈希算法 SHA-256 在输出长度和应用上有相似之处，但 SM3 是专为中国密码标准设计的，它采用了不同的数学方法和结构。在安全性上，SM3 具有与 SHA-256 相似的抗碰撞性和抗预映像攻击性。
与 MD5 和 SHA-1 比较：
MD5 和 SHA-1 已被发现存在严重的安全漏洞，不再适用于要求高安全性的场合。相比之下，SM3 作为一个相对较新的标准，其设计考虑了现代的密码学需求，具有更强的安全性。

SM3 的应用场景：

数字签名：
在数字签名过程中，SM3 用于对消息或文件进行哈希处理，生成摘要。随后，使用私钥对哈希值进行签名，接收方则用公钥验证签名的合法性。通过这种方式，SM3 确保签名与数据的完整性和一致性。
数据完整性校验：
在文件传输、存储等场景中，SM3 用于生成数据的哈希值。接收方可以通过重新计算数据的哈希值，确保数据在传输过程中没有被篡改。
密码协议：
SM3 被广泛应用于中国的密码学协议中，例如电子支付、金融交易、电子商务等领域。它能够确保传输的数据安全、完整和可信。
密钥生成与验证：
SM3 在某些密钥交换协议中也可以用于生成和验证密钥，确保密钥的安全性。

SM3 的工作原理：

SM3 的工作流程包括多个步骤，主要包括以下几个：

消息填充：
输入的消息首先需要进行填充，确保消息的长度满足特定的要求。SM3 填充后，消息的长度是 512 的倍数，并附加上原始消息的长度信息。
分组处理：
填充后的消息被分成多个 512 位的块，每个块依次进行处理。
初始化向量：
SM3 使用 8 个 32 位的常量作为初始值。每个消息块通过这些常量进行多轮运算，产生中间结果。
压缩函数：
SM3 使用一种压缩函数，将消息块和前一个块的处理结果结合在一起进行哈希计算，逐步将信息压缩成一个固定长度的哈希值。
输出摘要：
经过多轮压缩函数的计算后，最终输出 256 位的哈希值。

SM3 算法的安全性分析：

SM3 是基于 Merkle-Damgård 结构的哈希算法，具有较好的安全性。根据目前的研究结果，SM3 在抗碰撞、抗预映像攻击、抗第二原像攻击等方面具有很强的安全性。SM3 作为国密算法的核心之一，符合中国的密码学安全标准，已经通过了相关的安全评估。

总结：

SM3 是中国国家密码算法中的重要一员，主要用于保证数据完整性和安全性。作为一种高效的加密哈希函数，它在数字签名、数据校验、密码协议等多个领域中得到了广泛应用。通过其独特的设计和强大的安全性，SM3 在国内外的安全通信和数据保护中起到了重要作用。

二、代码示例

以下是使用 OpenSSL 实现 SM3 算法的示例代码。SM3 是一种中国国家密码标准的哈希算法，类似于 SHA-256。OpenSSL 的部分版本支持 SM3 算法（需要支持国密的 OpenSSL）。

示例代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <openssl/evp.h>

void sm3_hash_example() {
    // 待计算哈希的输入数据
    const char *message = "Hello, SM3!";
    unsigned char hash[EVP_MAX_MD_SIZE]; // 存储哈希结果
    unsigned int hash_len = 0;          // 存储哈希长度

    // 创建 OpenSSL 的 EVP_MD 结构，表示 SM3 算法
    const EVP_MD *md = EVP_sm3();

    // 检查是否支持 SM3 算法
    if (md == NULL) {
        printf("SM3 algorithm not supported in this OpenSSL build.\n");
        return;
    }

    // 创建上下文
    EVP_MD_CTX *mdctx = EVP_MD_CTX_new();
    if (mdctx == NULL) {
        printf("Failed to create OpenSSL MD context.\n");
        return;
    }

    // 初始化上下文
    if (EVP_DigestInit_ex(mdctx, md, NULL) != 1) {
        printf("Failed to initialize digest context.\n");
        EVP_MD_CTX_free(mdctx);
        return;
    }

    // 添加数据到哈希上下文
    if (EVP_DigestUpdate(mdctx, message, strlen(message)) != 1) {
        printf("Failed to update digest with message.\n");
        EVP_MD_CTX_free(mdctx);
        return;
    }

    // 计算哈希
    if (EVP_DigestFinal_ex(mdctx, hash, &hash_len) != 1) {
        printf("Failed to finalize digest.\n");
        EVP_MD_CTX_free(mdctx);
        return;
    }

    // 输出结果
    printf("SM3 Hash of \"%s\":\n", message);
    for (unsigned int i = 0; i < hash_len; i++) {
        printf("%02x", hash[i]);
    }
    printf("\n");

    // 释放上下文
    EVP_MD_CTX_free(mdctx);
}

int main() {
    sm3_hash_example();
    return 0;
}

代码说明

引入的头文件：
- openssl/evp.h：提供了 OpenSSL 的通用加密算法接口。
- 需要确保你的 OpenSSL 支持 SM3（国密算法）。
核心步骤：
- 调用 EVP_sm3() 获取 SM3 算法的句柄。
- 使用 EVP_MD_CTX_new() 创建哈希上下文。
- 使用 EVP_DigestInit_ex() 初始化 SM3 哈希计算。
- 使用 EVP_DigestUpdate() 添加数据。
- 使用 EVP_DigestFinal_ex() 完成哈希计算并获取结果。
结果输出：
- 计算结果是一个二进制哈希值，通常需要以十六进制格式输出。

编译和运行

使用以下命令编译（假设 OpenSSL 安装路径为默认路径）：

gcc -o sm3_example sm3_example.c -lcrypto

运行程序：

./sm3_example

注意事项

OpenSSL 版本要求：
- 确保使用的 OpenSSL 版本支持 SM3。SM3 在 OpenSSL 1.1.1 或更高版本中可能需要启用国密支持。
- 可以通过 openssl list -digest-algorithms 检查是否支持 SM3。
国密支持：
- 如果当前 OpenSSL 不支持 SM3，可以使用支持国密的 OpenSSL 分支（如 GmSSL）。
替代方案：
- 如果无法使用 OpenSSL 支持 SM3，可以考虑其他支持国密的库，如 GmSSL。

运行结果：

openssl中的SM3-LMLPHP