国密体系里的 SM2、SM3、SM4 - 极速工具箱

第一次接触国密算法时，看到 SM2、SM3、SM4 这一串编号，很容易以为它们是同一个算法的不同版本，或者是按强度递增排列的。实际上三者解决的是三类完全不同的问题——非对称加密与签名、哈希摘要、对称加密。用错场合会直接导致方案不可用。

SM4：对称分组密码

SM4 是分组密码，用于加密数据，标准号 GB/T 32907-2016。

它的分组长度和密钥长度都是 128 位（16 字节），采用 32 轮非平衡 Feistel 结构。使用时需要配合模式（ECB、CBC、CFB、OFB、CTR）和填充方式，与 AES 的使用方式一致。

它解决的问题是机密性：让没有密钥的人无法读懂数据内容。

对称的含义是加密和解密使用同一把密钥。这意味着密钥的传递必须通过安全渠道，或者用非对称算法来协商——这就引出了 SM2。

SM2 是基于椭圆曲线密码学的公钥算法，标准号 GB/T 32918，用于数字签名、密钥交换和公钥加密。

它属于非对称算法：有一对密钥，公钥可以公开，私钥自己保存。用公钥加密的数据只能用私钥解密，用私钥签名的数据可以用公钥验证。

椭圆曲线算法的优势是在同等安全强度下密钥更短。SM2 使用 256 位密钥，其安全强度大致相当于 3072 位的 RSA。更短的密钥意味着更快的运算和更小的存储与传输开销。

SM2 在国密体系里承担两类职责。一是数字签名*，用于身份认证和数据完整性验证；二是*密钥交换，用于在通信双方之间协商出一个共享的对称密钥。

后一个用途解释了 SM2 和 SM4 的配合关系：在国密 TLS 连接建立时，双方用 SM2 完成身份认证和密钥协商，得到一把对称密钥；后续的数据传输则用 SM4 加密，因为对称算法速度远快于非对称算法。

SM3 是哈希（杂凑）算法，标准号 GB/T 32905-2016，输出 256 位摘要。

它的功能与 SHA-256 对应：把任意长度的输入压缩成固定长度的摘要，用于完整性校验、消息认证和数字签名中的消息摘要。

SM3 在国密体系里通常不单独使用，而是作为 SM2 签名的组成部分——签名时先对消息计算 SM3 摘要，再对摘要做签名运算。它也可以用于构造 HMAC-SM3，做带密钥的消息认证。

需要注意的是，SM3 和 SM4 的编号相邻，但用途完全不同。SM3 不可逆，不能用来加密数据；SM4 可逆，不能用来做摘要。混淆这两者会导致方案设计错误。

把三类算法放在一起，可以看清一个完整的国密安全方案是怎么搭起来的。

假设要在两个系统之间安全地传输一份数据，流程大致是：

先由一方发起连接，双方通过 SM2 做密钥协商，各自验证对方的身份（签名用 SM2 加 SM3 摘要），协商出一把会话密钥。

然后用这把会话密钥配合 SM4 加密实际的数据，完成机密性保护。

最后，如果需要确认数据在传输过程中没有被篡改，可以用 SM3（或 HMAC-SM3）计算摘要并校验。

整个流程里，SM2 解决「和谁通信、密钥怎么安全产生」，SM4 解决「数据怎么加密」，SM3 解决「怎么验证数据没被改动」。三者分工明确，缺一不可。

算法	类型	用途	对应国际算法
SM2	椭圆曲线公钥算法	签名、密钥交换、公钥加密	ECDSA / ECDH
SM3	哈希（杂凑）	摘要、完整性校验、消息认证	SHA-256
SM4	对称分组密码	数据加密	AES

第一个误解是「SM4 是 SM2 的升级版」。两者类型不同，不存在版本关系。

第二个误解是「用了 SM4 就算完成了国密改造」。如果密钥分发还在用 RSA 或者还在走明文信道，整个方案仍然不满足国密要求——非对称环节也必须换成 SM2。

第三个误解是「SM3 可以用来加密」。哈希不可逆，它只能校验，不能保护机密性。

第四个误解是「浏览器脚本实现的国密就满足合规」。国密改造要求使用经过国家密码管理局认证的密码模块或密码机，浏览器里的 JavaScript 实现只适合联调和演示，不能用于正式业务。