一、国密算法概述：SM2/SM3/SM4/SM9 算法介绍
各位同学，咱们今天正式开讲《国密算法与 TEE 接口适配实战》的第一章。说实话，每次讲国密，我都会想起几年前第一次在项目中对接国密算法的场景——那时候文档不全，标准刚出，踩了不少坑。今天我把这些经验揉碎了讲给你听，希望能帮你少走弯路。
1.1 国密算法家族：SM2、SM3、SM4、SM9
国密算法，说白了就是国家密码管理局发布的一套商用密码标准。目前最核心的是这四个：SM2、SM3、SM4、SM9。我习惯把它们分成两类：对称与非对称，再加一个哈希。
| 算法 | 类型 | 密钥长度 | 典型用途 |
|---|---|---|---|
| SM2 | 非对称（椭圆曲线） | 256 位 | 数字签名、密钥交换、加密 |
| SM3 | 密码杂凑（哈希） | 256 位输出 | 完整性校验、数字签名辅助 |
| SM4 | 对称（分组密码） | 128 位 | 数据加密、通信加密 |
| SM9 | 非对称（基于标识） | 256 位 | 无证书的签名与加密 |
SM2 是我用得最多的。它基于椭圆曲线，256 位密钥就能达到 RSA 2048 位的安全强度。我在做 TEE 适配时发现，SM2 的签名验签流程跟 ECDSA 很像，但细节上有差异——比如哈希预处理和签名输出的格式。嗯，这里要注意，千万别直接用国际算法的库去套。
SM3 呢，输出 256 位哈希值。我记得第一次跑 SM3 的测试向量，发现它跟 SHA-256 的结构确实有相似之处，但消息扩展和压缩函数完全不同。你想想看，如果混用，验签肯定过不了。
SM4 是对称加密，128 位密钥，分组大小也是 128 位。它的轮函数结构跟 AES 不一样，但加密速度很快。我在项目中用它加密 TEE 内部存储的敏感数据，性能完全够用。
SM9 比较特殊，它基于双线性对，不需要证书。用户直接用标识（比如邮箱、手机号）就能加解密。说实话，SM9 在 TEE 里适配起来稍微麻烦一点，因为双线性对运算比较重，但好处是省掉了证书管理。
核心要点： 国密算法不是简单地把国际算法改个名。SM2、SM3、SM4、SM9 各有各的数学基础和实现细节。在 TEE 里做适配时，必须严格按照国密标准来，不能偷懒复用国际算法的代码。
1.2 国密标准体系
国密的标准体系，我把它分成三层：基础算法、安全协议、应用规范。咱们做 TEE 适配，主要关注基础算法层和协议层。
- 基础算法标准： GM/T 0003（SM2）、GM/T 0004（SM3）、GM/T 0002（SM4）、GM/T 0044（SM9）。这些是算法的数学定义和接口规范。
- 安全协议标准： GM/T 0009（SM2 密码算法使用规范）、GM/T 0010（SM2 密码算法加密签名消息语法）。这些规定了算法怎么用在协议里。
- 应用规范： GM/T 0028（密码模块安全要求）、GM/T 0054（信息系统密码应用基本要求）。这些是合规性检查的依据。
我个人习惯把 GM/T 0003 和 GM/T 0004 打印出来放在手边。因为 TEE 的接口适配，最常查的就是这两个文档。比如 SM2 的签名输出格式是 r || s 还是 DER 编码，标准里写得清清楚楚。
避坑指南： 我曾经在项目中直接用了 OpenSSL 的 SM2 实现，结果发现它跟国标 GM/T 0003 的签名输出格式不一致。OpenSSL 默认输出 DER 编码，但国标要求的是原始 r || s 格式。后来我不得不加了一层格式转换。所以，建议你直接用国密标准的参考实现，或者仔细核对接口文档。
1.3 国密与国际算法对比
很多同学问我：国密跟国际算法到底差在哪？我一般从三个维度来对比：安全性、性能、合规性。
| 对比维度 | 国密算法 | 国际算法 |
|---|---|---|
| 非对称 | SM2（256 位 ECC） | RSA（2048 位）、ECDSA（256 位） |
| 哈希 | SM3（256 位） | SHA-256 |
| 对称 | SM4（128 位） | AES（128/256 位） |
| 安全强度 | SM2 ≈ ECDSA 256 位 | RSA 2048 位 ≈ ECC 224 位 |
| 性能 | SM2 签名快，SM4 加密快 | ECDSA 签名快，AES 加密快 |
| 合规性 | 国内商用密码必选 | 部分行业受限 |
你想想看，为什么国密要用 SM2 而不是 RSA？因为椭圆曲线在同等安全强度下，密钥更短、计算更快。SM2 的 256 位密钥，安全强度跟 RSA 2048 位差不多，但签名速度能快好几倍。我在 TEE 里做签名时，SM2 的延迟明显比 RSA 低。
SM3 跟 SHA-256 比，输出长度一样，但 SM3 的压缩函数设计更保守一些。我记得有篇论文分析过，SM3 的抗碰撞能力跟 SHA-256 在同一量级。不过在实际项目中，我更关心的是：TEE 的硬件加速单元是否支持 SM3？如果不支持，纯软件跑 SM3 会比 SHA-256 慢一点。
SM4 跟 AES 比，结构上都是 SPN 网络，但 SM4 的轮数更多（32 轮 vs AES 的 10/12/14 轮）。不过 SM4 的轮函数更简单，所以整体性能跟 AES-128 差不多。我在项目中用 SM4 加密 4KB 的数据块，延迟在微秒级，完全能满足 TEE 的性能要求。
注意事项： 国密算法虽然跟国际算法在数学上有相似之处，但绝不能直接替换。比如 SM2 的签名验签流程中，哈希算法必须用 SM3，不能用 SHA-256。否则验签会失败。这是合规性检查的重点，也是 TEE 适配中容易踩的坑。
1.4 国密算法知识体系总览
下面这张图是我自己整理的国密算法知识体系。你可以把它当作本章的思维导图，后面讲到 TEE 适配时，会反复用到这些概念。
这张图把国密算法的核心脉络串起来了。从 SM2/SM3/SM4/SM9 四个基础算法，到它们的典型应用场景，再到标准体系，最后落到咱们这门课的核心——TEE 接口适配。后面的章节，我们会一步步深入每个算法在 TEE 里的具体实现。
1.5 小结
这一章我们快速过了一遍国密算法的全貌。SM2、SM3、SM4、SM9 各有各的定位，标准体系也相对完善。跟国际算法比，国密在安全强度上不输，在合规性上更是必选项。下一章开始，我们会深入 SM2 的数学原理和 TEE 适配细节。到时候我会拿实际代码出来，咱们一起跑一遍。
嗯，今天就到这儿。有什么问题，咱们课后交流。