基于国密（SM2，SM3，SM4）的数字信封加密加签实现

数字信封是一种加密技术，它结合了对称加密和非对称加密的优点。在国密标准中，SM2、SM3、SM4被广泛应用于数字信封加密加签的场景中。本文将介绍基于这些标准的数字信封加密加签实现，并给出相应的代码示例。

1. 国密标准简介

• SM2: 是中国国家密码管理局提出的公钥密码算法，它用于数字签名和密钥交换。
• SM3: 是我国的密码杂凑算法，它对数据进行处理后生成一个固定长度的摘要。
• SM4: 是一种对称加密算法，主要用于数据的加密和解密。

2. 数字信封的工作原理

数字信封的基本思路是：使用对称加密算法对数据进行加密，同时使用非对称加密算法加密对称密钥。这样，只有持有私钥的人才能解密出对称密钥，从而使用这个密钥来解密数据。

3. 加密流程

1. 生成对称密钥: 使用SM4生成随机的对称密钥。
2. 使用SM4加密数据: 用生成的对称密钥对数据进行SM4加密。
3. 生成数字签名: 使用SM2对加密后的数据进行签名。
4. 加密对称密钥: 使用接收者的SM2公钥对对称密钥进行加密。
5. 发送密文和签名: 将加密后的数据、签名以及加密的对称密钥发送给接收者。

4. 示例代码

以下是一个基于Python的简单实现示例，使用了gmssl库来实现SM2, SM3, SM4的相关操作。

from gmssl import sm2, sm3, sm4
from os import urandom

# 生成SM2密钥对
def generate_sm2_keys():
    private_key = urandom(32).hex()
    public_key = sm2.PrivateKey(private_key).get_public_key()
    return private_key, public_key

# 使用SM4加密数据
def sm4_encrypt(key, plaintext):
    cipher = sm4.CryptSM4()
    cipher.set_key(bytes.fromhex(key), sm4.ENCRYPT)
    return cipher.crypt_ecb(plaintext)

# 使用SM4解密数据
def sm4_decrypt(key, ciphertext):
    cipher = sm4.CryptSM4()
    cipher.set_key(bytes.fromhex(key), sm4.DECRYPT)
    return cipher.crypt_ecb(ciphertext)

# 使用SM2签名
def sign_data(private_key, data):
    sm2_crypt = sm2.CryptSM2(public_key="", private_key=private_key)
    signature = sm2_crypt.sign(data)
    return signature

# 验证签名
def verify_signature(public_key, data, signature):
    sm2_crypt = sm2.CryptSM2(public_key=public_key, private_key="")
    return sm2_crypt.verify(signature, data)

# 主流程
if __name__ == "__main__":
    # 1. 生成SM2密钥对
    private_key, public_key = generate_sm2_keys()

    # 2. 生成SM4密钥
    sm4_key = urandom(16).hex()

    # 3. 加密数据
    data = b"Hello, this is a confidential message!"
    ciphertext = sm4_encrypt(sm4_key, data)

    # 4. 签名
    signature = sign_data(private_key, ciphertext)

    # 5. 加密SM4密钥
    sm2_crypt = sm2.CryptSM2(public_key=public_key, private_key=private_key)
    encrypted_key = sm2_crypt.encrypt(sm4_key.encode())

    # 发送 ciphertext、signature 和 encrypted_key

    # 模拟接收者解密过程：
    # 1. 解密SM4密钥
    decrypted_key = sm2_crypt.decrypt(encrypted_key)

    # 2. 使用SM4解密数据
    decrypted_data = sm4_decrypt(decrypted_key.hex(), ciphertext)

    # 3. 验证签名
    is_valid = verify_signature(public_key, ciphertext, signature)

    print(f"解密后的数据: {decrypted_data}")
    print(f"签名验证结果: {is_valid}")

5. 总结

本文介绍了基于国密（SM2, SM3, SM4）的数字信封加密加签实现。通过此技术，可以有效地保护数据的机密性和完整性。在实际应用中，使用国密标准的数字信封不仅符合国家相关法规，还能有效提升数据安全性。希望本示例能够为您在相关领域提供一些帮助。