国密算法简介：SM2、SM3、SM4 归纳总结
做密码学安全，说到底就是在跟「谁能用、怎么用、多快能用」这几个问题打交道。国密算法，也就是中国自主设计的密码标准，咱们得把它们吃透。我个人习惯，先梳理算法的定位，再看它们组合起来怎么干活。
这套算法体系，核心就三个：SM2（公钥密码）、SM3（密码杂凑）、SM4（分组对称密码）。你想想看，TLS握手过程里，这三兄弟刚好覆盖了密钥协商、完整性校验、数据加密全部环节。嗯，缺一不可。
SM2：椭圆曲线公钥密码算法
SM2 对标的是国际上的 ECDSA/ECIES。它不是 RSA 那种大整数分解路线，而是基于椭圆曲线离散对数难题。说白了，256 位的 SM2 密钥，安全强度跟 3072 位的 RSA 差不多。我建议选型时优先考虑 SM2，存储和传输开销小很多。
核心能力
- 密钥对生成：私钥是一个随机大整数，公钥是椭圆曲线上的一个点。
- 数字签名：支持签名和验签，用于身份认证和消息完整性。
- 密钥交换：双方通过 SM2 密钥交换协议，协商出对称密钥。
- 加密/解密：混合加密，公钥加密对称密钥，对称密钥加密数据。
我在项目中遇到过不少把 SM2 当 RSA 用的朋友——直接用公钥加密长消息。这不对。SM2 的加密实际只加密一个 32 字节的随机数（派生对称密钥），跟 RSA 加解密式思维完全两码事。
工程经验
SM2 签名结果包含两个整数 (r, s)，编码后通常是 64 或 65 字节（加上压缩标识）。TLS 握手时，CertificateVerify 消息里的签名需要按国密标准 DER 编码，跟国际标准稍有不同，别搞混。
SM3：密码杂凑算法
SM3 就是国密的 SHA-256。输出长度 256 位，分组长度 512 位。结构上它采用了 Merkle–Damgård 构造，但消息扩展和压缩函数有独特设计。经检测，抗碰撞能力优于 SHA-256——虽然实际用起来差别不大，但合规要求必须用 SM3。
它干的活主要两件：
- 计算消息摘要，用来做完整性校验（比如 TLS Finished 消息）。
- 作为密钥派生函数（KDF）的组件，生成密钥材料。
注意坑点
我曾经碰到一个团队，用 SM3 直接对几十 MB 的文件做哈希。结果内存占满，性能一塌糊涂。SM3 是按 512 位分组计算的，它可以在流式模式下分块处理。务必用更新接口（SM3_Update），不要等全量数据到了再做。
SM4：分组对称密码算法
SM4 是国标的 AES 替代品。分组长度 128 位，密钥长度 128 位。结构上是 32 轮的非平衡 Feistel 网络。嗯，每一轮一个 S 盒，4 个 S 盒都一样，实现起来比 AES 的查表还要简单一点。
它主要的加密模式包括：ECB、CBC、CTR、GCM。在国密 TLS 里，通常使用 CBC 或 GCM 模式。我建议优先用 GCM——自带认证加密，一个算法搞定机密性和完整性，省掉额外计算 HMAC 的步骤。
性能对比
SM4 在纯软件实现上比 AES 略慢，但差得不多。现代 CPU 如果支持 AES-NI 指令集，AES 更快。但 SM4 在硬件里面积可以做得非常小——很多国产 SoC 用硬核实现，能耗很低。选型时，按平台特性来。
| 算法 | 类型 | 密钥/输出长度 | 典型用途 |
|---|---|---|---|
| SM2 | 公钥密码 | 私钥 32B，公钥 65B | 签名、密钥交换、加密 |
| SM3 | 密码杂凑 | 256 位摘要 | 完整性校验、KDF |
| SM4 | 分组对称 | 128 位密钥/分组 | 批量数据加密 |
三者的协作关系：国密TLS 视角
光知道单个算法没用，得看它们怎么一起跑。在国密 TLS 握手流程里：
- 身份认证：SM2 签名证书，客户端验证服务端签名。
- 密钥协商：SM2 密钥交换协议（或 ECDHE 变种），生成预主密钥。
- 密钥派生：SM3 作为 HKDF 的底层哈希，从预主密钥派生出会话密钥。
- 数据加密：SM4-GCM 使用会话密钥加密应用数据，SM3 或 GCM 认证标签做完整性。
你看，SM2 负责最核心的「信任锚点」，SM3 负责「证据链」的不可篡改，SM4 负责「路上」的防盗。缺哪一个都不行。我个人习惯在画国密方案架构图时，直接把这三个算法拧成一个「密码服务三件套」的模块——方便和其他组件解耦。
实战中的选型建议
如果你在做一个国密 TLS 网关，我的建议是：
- 握手阶段：SM2 做签名 + 密钥交换，SM3 做哈希。这个组合已经写进 GM/T 0024 SSL VPN 技术规范里了。
- 记录层加密：SM4-GCM。GCM 模式自带认证，不需要额外计算 MAC，性能更好。
- 密钥管理：SM3 作为 KDF 的底层。不要自己想当然用 SHA-256 代替，合规审查过不了。
合规红线
国家密码管理局明确要求：等保三级以上系统、金融核心交易、政务外网，必须使用国密算法。一旦审计发现用了 SHA256 + RSA 代替 SM3 + SM2，轻则整改，重则通报。这不仅仅是技术选择，而是合规义务。
嗯，掌握了这三个算法的定位和配合方式，后面学国密 TLS 握手时，你就能一眼看出每一步在干什么。不是密码学家也能把安全配好，关键是心里要有这张协作图。