📚 课程目录第3章国密算法在数据加密中的应用

国密算法在数据加密中的应用：对称与非对称的实现

做数据保护，算法选择是第一步。国密算法到底怎么用？说白了，就是两个流派：对称加密，非对称加密。我刚开始接触时也迷糊过，今天咱们把这层窗户纸捅破。

对称加密：SM4 的实战玩法

对称加密，加密和解密用同一把钥匙。国密里，SM4 是主力。我个人习惯在存储加密场景首选它，速度快，硬件开销小。

SM4 的核心参数

参数	值	说明
密钥长度	128 位	16 字节，完全够用
分组长度	128 位	和 AES 一样，数据按块处理
密码结构	Feistel 结构	32 轮迭代，安全性有保障
工作模式	ECB / CBC / CTR / GCM	推荐 GCM，自带认证

小技巧：ECB 模式虽然简单，但不适合加密重复数据块。我在早期项目里踩过这个坑，后来全部改成 CBC 或 GCM。

SM4 代码示例（CBC 模式）

下面是用 GMSSL 库实现 SM4-CBC 加密的例子。记住，IV 必须随机生成，不能写死。

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

void sm4_cbc_encrypt_example() {
    EVP_CIPHER_CTX *ctx;
    unsigned char key[16] = {0x01,0x23,0x45,0x67,0x89,0xab,0xcd,0xef,
                             0x01,0x23,0x45,0x67,0x89,0xab,0xcd,0xef};
    unsigned char iv[16];
    unsigned char plaintext[32] = "Hello, 国密合规!";
    unsigned char ciphertext[48];
    int len, ciphertext_len;

    // 随机生成 IV
    RAND_bytes(iv, 16);

    ctx = EVP_CIPHER_CTX_new();
    EVP_EncryptInit_ex(ctx, EVP_sm4_cbc(), NULL, key, iv);
    EVP_EncryptUpdate(ctx, ciphertext, &len, plaintext, strlen(plaintext));
    ciphertext_len = len;
    EVP_EncryptFinal_ex(ctx, ciphertext + len, &len);
    ciphertext_len += len;

    printf("加密完成！密文长度: %d\n", ciphertext_len);

    EVP_CIPHER_CTX_free(ctx);
}

避坑指南：我曾经见过有团队把 IV 设置成全零，结果密文模式泄露，被攻击者猜出了明文分组之间的关联。IV 必须每次加密重新生成，并且和密文一起存储。

非对称加密：SM2 的签名和加密

SM2 是基于椭圆曲线的算法。你想想看，对称加密的密钥分发一直是个难题，SM2 就解决了这个痛点。它用公钥加密会话密钥，私钥只在服务端保存。

SM2 与传统算法的对比

我经常被问到：“SM2 和 RSA 比怎么样？” 咱们直接看表。

维度	SM2	RSA-2048	效果对比
密钥长度	256 位	2048 位	SM2 短得多
签名速度	快	慢	SM2 性能好 3-5 倍
加密速度	慢（用于密钥包裹）	更慢	都不适合大量数据
安全性	256 位对标 AES-128	2048 位	当前都安全
国密合规	符合 GM/T	不推荐	商用密码必须用 SM2

  重点：SM2 的 256 位密钥提供的安全强度，和 RSA-3072 相当。但密钥长度只有后者的 1/12，在嵌入式设备上优势很明显。

混合加密架构：SM2 + SM4

实际项目中，加密大文件只用非对称加密？算了吧，性能扛不住。我的做法是：

用 SM2 公钥加密一个随机生成的 SM4 会话密钥。
用这个 SM4 会话密钥加密实际数据（比如 100MB 的文件）。
把加密后的会话密钥 + 加密后的文件一起发送。

这就是混合加密。RSA 时代就这么玩，国密时代也一样，只是把算法换成了 SM2 + SM4。

代码实现：混合加密流程

// 伪代码，展示混合加密核心逻辑
void hybrid_encrypt(const char *plaintext, size_t len) {
    // 1. 生成 SM4 会话密钥
    unsigned char session_key[16];
    RAND_bytes(session_key, 16);

    // 2. 使用接收方 SM2 公钥加密会话密钥
    SM2_public_encrypt(session_key, 16, encrypted_key, recipient_pubkey);

    // 3. 使用 SM4 加密实际数据
    SM4_cbc_encrypt(plaintext, len, ciphertext, session_key, iv);

    // 4. 输出：encrypted_key + iv + ciphertext
    write_output(encrypted_key, iv, ciphertext);
}

经验之谈：很多刚入行的同学会忘记签名认证。混合加密里，先用 SM2 签名对数据哈希签名，再加密。这样接收方可以先验证签名，确认数据没被篡改，再解密。两步操作，缺一不可。

关键区别速查表

做个总结，方便你查阅。

对比维度	SM4（对称）	SM2（非对称）
密钥数量	1 个对称密钥	1 对：公钥 + 私钥
加解密速度	快，纳秒级	慢，毫秒级
适用数据量	任意大小	仅适合短数据（几百字节）
密钥分发	需要安全信道（用 SM2 分发）	公钥可公开，私钥本地保存
主要用途	数据加密 / 存储加密	签名 / 密钥协商 / 数字证书
国密版本	GM/T 0002-2012	GM/T 0003-2012
合规要求	必选算法	必选算法

注意：不管用哪种国密算法，密钥生命周期管理必须合规。我曾经有一个项目，算法用对了，但密钥存储在 /tmp 目录下，泄露了。安全不只是算法的事，是体系的事。

嗯，以上就是对称和非对称在国密场景下的实现要点。记住：SM4 管速度，SM2 管安全，两者配合才能构建合规又高效的数据保护方案。