java实现sm2证书基于BouncyCastle

来源：互联网发布：node.js webpack vue 编辑：程序博客网时间：2024/06/05 08:30

SM2签名同样也是需要先摘要原文数据，即先使用SM3密码杂凑算法计算出32byte摘要。SM3需要摘要签名方ID（默认1234567812345678）、曲线参数a,b,Gx,Gy、共钥坐标(x,y)计算出Z值，然后再杂凑原文得出摘要数据。这个地方要注意曲线参数和坐标点都是32byte，在转换为BigInteger大数计算转成字节流时要去掉空补位，否则可能会出现摘要计算不正确的问题。SM2签名实现如下：

SM2签名
public static BigInteger[] Sm2Sign(byte[] md, AsymmetricCipherKeyPair keypair){ SM3Digest sm3 = new SM3Digest(); ECPublicKeyParameters ecpub = (ECPublicKeyParameters)keypair.Public; byte[] z = SM2CryptoServiceProvider.Sm2GetZ(Encoding.Default.GetBytes(SM2CryptoServiceProvider.userId), ecpub.Q); sm3.BlockUpdate(z, 0, z.Length); byte[] p = md; sm3.BlockUpdate(p, 0, p.Length); byte[] hashData = new byte[32]; sm3.DoFinal(hashData, 0); // e BigInteger e = new BigInteger(1, hashData); // k BigInteger k = null; ECPoint kp = null; BigInteger r = null; BigInteger s = null; BigInteger userD = null; do { do { ECPrivateKeyParameters ecpriv = (ECPrivateKeyParameters)keypair.Private; k = ecpriv.D; kp = ecpub.Q; userD = ecpriv.D; // r r = e.Add(kp.X.ToBigInteger()); r = r.Mod(ecc_n); } while (r.Equals(BigInteger.Zero) || r.Add(k).Equals(ecc_n)); // (1 + dA)~-1 BigInteger da_1 = userD.Add(BigInteger.One); da_1 = da_1.ModInverse(ecc_n); // s s = r.Multiply(userD); s = k.Subtract(s).Mod(ecc_n); s = da_1.Multiply(s).Mod(ecc_n); } while (s.Equals(BigInteger.Zero)); byte[] btRS = new byte[64]; byte[] btR = r.ToByteArray(); byte[] btS = s.ToByteArray(); Array.Copy(btR, btR.Length - 32, btRS, 0, 32); Array.Copy(btS, btS.Length - 32, btRS, 32, 32); return new BigInteger[] { r, s };}

SM2算法是基于ECC算法的，签名同样返回2个大数，共64byte。由于原来RSA算法已很普遍支持，要实现RSA的签名验签都有标准库的实现，而SM2是国密算法在国际上还没有标准通用，算法Oid标识在X509标准中是没定义的。在.Net或Java中可以基于使用BouncyCastle加密库实现，开源的也比较好学习扩展。SM2算法验签可以使用软验签，即可以不需要使用硬件设备，同样使用原始数据、签名、证书(公钥)来实现对签名方验证，保证数据完整性未被篡改。验证过程同样需先摘要原文数据，公钥在证书中是以一个66byte的BitString，去掉前面标记位即64byte为共钥坐标(x,y)，中间分割截取再以Hex方式转成BigInteger大数计算，验签代码如下：

SM2验签

publicstatic bool Verify(byte[] msg,byte[] signData,byte[] certData)
{

            X509Certificate2 x5092= new X509Certificate2(certData);
           byte[] certPK= x5092.GetPublicKey();

            certPK= SubByte(certPK,1, 64);

           byte[] certPKX= SubByte(certPK, certPK.Length- 32- 32,32);
           byte[] certPKY= SubByte(certPK, certPK.Length- 32,32);


            System.String strcertPKX= ByteToHexStr(certPKX);
            System.String strcertPKY= ByteToHexStr(certPKY);
            BigInteger biX= new BigInteger(strcertPKX,16);
            BigInteger biY= new BigInteger(strcertPKY,16);


            ECFieldElement x= new FpFieldElement(ecc_p, biX);
            ECFieldElement y= new FpFieldElement(ecc_p, biY);

            ECPoint userKey= new FpPoint(ecc_curve, x, y);


            SM3Digest sm3= new SM3Digest();
           byte[] z = Sm2GetZ(Encoding.Default.GetBytes(userId), userKey);
            sm3.BlockUpdate(z,0, z.Length);


           byte[] p = msg;
            sm3.BlockUpdate(p,0, p.Length);

           byte[] md = newbyte[32];
            sm3.DoFinal(md,0);


           byte[] btR = SubByte(signData,0, 32);
           byte[] btS = SubByte(signData,32, 32);


            System.String strR= ByteToHexStr(btR);
            System.String strS= ByteToHexStr(btS);
            BigInteger r= new BigInteger(strR,16);
            BigInteger s= new BigInteger(strS,16);

           // e_
            BigInteger e= new BigInteger(1, md);
           // t
            BigInteger t= r.Add(s).Mod(ecc_n);

           if (t.Equals(BigInteger.Zero))
               return false;

           // x1y1
            ECPoint x1y1= ecc_point_g.Multiply(s);
            x1y1= x1y1.Add(userKey.Multiply(t));

           // R
            BigInteger R= e.Add(x1y1.X.ToBigInteger()).Mod(ecc_n);

           return r.Equals(R);
}

制作SM2证书

基于BouncyCastle开源库，可以轻松制作X509证书、CRL、pkcs10、pkcs12，支持国际通用的RSA、ECC算法。制作SM2证书可以通过扩展BouncyCastle库来实现，需加入SM2签名算法DerObjectIdentifier标识1.2.156.10197.1.501（基于SM3的SM2算法签名），密钥对的生成使用国密推荐曲线参数，然后如上所示自行实现SM2签名验证算法。X509证书由证书主体、证书签名算法标识、签名组成，和RSA证书主要不同的是SM2证书的签名算法标识和签名，及证书公钥使用ECKeyParameters。生成自签名SM2证书代码如下：

SM2证书生成
public static Org.BouncyCastle.X509.X509Certificate MakeRootCert(string filePath, IDictionary subjectNames){ AsymmetricCipherKeyPair keypair = SM2CryptoServiceProvider.SM2KeyPairGenerator.GenerateKeyPair(); ECPublicKeyParameters pubKey = (ECPublicKeyParameters)keypair.Public; //CA公钥  ECPrivateKeyParameters priKey = (ECPrivateKeyParameters)keypair.Private; //CA私钥  X509Name issuerDN = new X509Name(GetDictionaryKeys(subjectNames), subjectNames); X509Name subjectDN = issuerDN; //自签证书，两者一样 SM2X509V3CertificateGenerator sm2CertGen = new SM2X509V3CertificateGenerator(); //X509V3CertificateGenerator sm2CertGen = new X509V3CertificateGenerator(); sm2CertGen.SetSerialNumber(new BigInteger(128, new Random())); //128位  sm2CertGen.SetIssuerDN(issuerDN); sm2CertGen.SetNotBefore(DateTime.UtcNow.AddDays(-1)); sm2CertGen.SetNotAfter(DateTime.UtcNow.AddDays(365 * 10)); sm2CertGen.SetSubjectDN(subjectDN); sm2CertGen.SetPublicKey(pubKey); //公钥 sm2CertGen.SetSignatureAlgorithm("SM3WITHSM2"); sm2CertGen.AddExtension(X509Extensions.BasicConstraints, true, new BasicConstraints(true)); sm2CertGen.AddExtension(X509Extensions.SubjectKeyIdentifier, false, new SubjectKeyIdentifierStructure(pubKey)); sm2CertGen.AddExtension(X509Extensions.AuthorityKeyIdentifier, false, new AuthorityKeyIdentifierStructure(pubKey)); sm2CertGen.AddExtension(X509Extensions.KeyUsage, true, new KeyUsage(6)); Org.BouncyCastle.X509.X509Certificate sm2Cert = sm2CertGen.Generate(keypair); sm2Cert.CheckValidity(); sm2Cert.Verify(pubKey); return sm2Cert;}

X509证书使用ASN1语法进行编码，是用类型标识、长度和值序列来描述数据结构的。SM2证书在制作设置公钥时，默认会带ECKeyParameters参数，并没有SM2的公钥参数1.2.156.10197.1.301，因此需要自己写个SM2椭圆曲线密码算法标识对象，这样在生成的证书中就可以看到公钥参数字段，如下所示：

SM2证书公钥标识

SM2算法是国密局公布的公钥密码算法，在相当强度下密钥比RSA短，在使用智能卡有限空间存储时非常可贵。目前国内很多CA大都升级支持SM2算法证书，相信以后会慢慢地推广更多应用，也期望之后能与国际标准接轨。

附：

国密推荐256位曲线参数

p=FFFFFFFE FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF 00000000 FFFFFFFF FFFFFFFF
a=FFFFFFFE FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF 00000000 FFFFFFFF FFFFFFFC
b=28E9FA9E 9D9F5E34 4D5A9E4B CF6509A7 F39789F5 15AB8F92 DDBCBD41 4D940E93
n=FFFFFFFE FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF 7203DF6B 21C6052B 53BBF409 39D54123
Gx=32C4AE2C 1F198119 5F990446 6A39C994 8FE30BBF F2660BE1 715A4589 334C74C7
Gy=BC3736A2 F4F6779C 59BDCEE3 6B692153 D0A9877C C62A4740 02DF32E5 2139F0A0

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