GMSSL 库应用：国密算法的 ThinkPHP8 与 Python3、Node.js 脚本开发

皆炳 · 2025-11-11 16:05:01

国密SM2算法介绍及使用

国密算法简介

国密算法是国家商用密码算法的简称。自2012年以来，国家密码管理局以《中华人民共和国密码行业标准》的方式，陆续公布了SM2/SM3/SM4等密码算法标准及其应用规范。其中“SM”代表“商密”，即用于商用的、不涉及国家秘密的密码技术。
SM2、SM3、SM4是国密算法体系中三类不同用途的密码算法，由于设计目标和应用场景不同，其安全性的核心考量维度、安全基础及潜在威胁存在显著差异。以下从安全性角度对比三者的核心区别：
一、算法类型与安全基础不同

三者的本质差异源于算法类型，而不同类型的密码算法，其安全性的数学基础完全不同：
算法类型核心安全基础核心功能SM2非对称加密算法（椭圆曲线密码，ECC）基于椭圆曲线离散对数问题（ECDLP）：在特定椭圆曲线上，已知基点 ( G ) 和点 ( kG )，求解整数 ( k ) 是计算困难的数字签名、密钥交换、公钥加密（如身份认证、敏感信息加密）SM3密码哈希算法基于抗碰撞性：难以找到两个不同的输入，使其哈希结果相同（抗碰撞）；难以从哈希结果反推原始输入（抗原像）数据完整性校验、数字签名的摘要生成（如文件校验、签名验证）SM4对称分组密码算法基于混淆与扩散原理：通过复杂的轮函数变换，使明文、密钥与密文之间的关系足够复杂，难以通过密文推导明文或密钥数据加密（如存储加密、传输加密）二、安全强度的量化指标不同

由于算法类型不同，安全强度的衡量方式和量化标准也不同：

SM2：安全强度由椭圆曲线参数决定，推荐的 SM2P256V1 曲线提供256位安全强度，相当于 3072 位 RSA 的安全级别（远高于 1024 位 RSA，后者已被认为不安全）。其安全强度主要体现在“求解椭圆曲线离散对数”的计算复杂度上。
SM3：输出长度为 256 位，提供256位哈希安全强度，与 SHA-256 相当。其安全强度核心是“抗碰撞能力”——目前尚未发现有效的碰撞攻击（即找不到两个不同输入得到相同哈希值）。
SM4：分组长度和密钥长度均为 128 位，提供128位对称安全强度，与 AES-128 相当。其安全强度体现在“密钥破解难度”上——暴力破解 128 位密钥需要 ( 2^{128} ) 次尝试，当前计算能力无法实现。

三、潜在安全威胁与攻击面不同

三者面临的主要安全威胁因算法特性而异：

SM2 的威胁：
- 核心风险并非算法本身，而是实现缺陷：如随机数生成器不安全（导致私钥可预测）、椭圆曲线参数被篡改（引入后门）、签名/加密流程不规范（如重复使用随机数）。
- 长期威胁可能来自量子计算：虽然目前量子算法对 ECDLP 的攻击仍需亚指数时间（慢于对 RSA 的多项式时间攻击），但未来强量子计算机可能削弱其安全性。
SM3 的威胁：
- 核心风险是密码分析攻击：若未来发现高效的碰撞攻击算法（类似 SHA-1 被破解的方式），可能导致其失去完整性校验能力。
- 误用风险：如将哈希值直接作为加密密钥（哈希算法不具备密钥拉伸能力）、未加盐存储哈希值（易受彩虹表攻击）。
SM4 的威胁：
- 核心风险是密钥管理漏洞：对称算法的安全性完全依赖密钥保密性，一旦密钥泄露，所有加密数据将被破解；此外，密钥重复使用、密钥分发不安全也会导致风险。
- 模式误用风险：如在 ECB 模式下加密重复明文（会暴露明文规律）、CBC 模式未使用随机 IV（初始化向量）等。

四、安全性的“不可比性”：场景决定价值

三者的安全性无法直接比较“强弱”，因为它们服务于不同场景：

SM2 解决“非对称场景”的安全问题（如无预先共享密钥的加密、身份认证），其价值在于用短密钥实现高安全强度；
SM3 解决“完整性校验”问题，其价值在于高效生成不可逆的摘要；
SM4 解决“对称加密”问题，其价值在于高效加密大量数据（速度远快于非对称算法）。

总结：三者的安全性差异源于设计目标——SM2 依赖椭圆曲线难题，SM3 依赖抗碰撞性，SM4 依赖密钥保密性，它们共同构成了国密算法的安全体系，分别保障不同环节的安全需求。
SM2算法的安全性分析

SM2作为中国国家密码管理局颁布的椭圆曲线公钥密码算法（属于非对称加密算法），目前在安全性上仍然足够可靠，主要基于以下几点：
1. 算法设计的安全性基础稳固

SM2基于椭圆曲线离散对数问题（ECDLP），其安全性依赖于在特定椭圆曲线上求解离散对数的计算复杂度。目前，SM2推荐使用的椭圆曲线参数（如SM2P256V1）经过严格的密码学分析，尚未发现有效的多项式时间求解算法。
从数学原理上，其安全强度与256位椭圆曲线加密（ECC）相当，相当于3072位RSA加密的安全级别，远高于目前主流的1024位RSA（已被认为不安全），也满足当前大部分场景的安全需求。
2. 尚未出现有效的攻击方法

截至目前，无论是学术研究还是实际攻击案例中，都没有公开的、能有效破解SM2的方法。与RSA等传统非对称算法相比，椭圆曲线密码（包括SM2）在相同安全强度下的密钥更短（256位vs 3072位），但抗攻击能力更强。
近年来，量子计算对传统密码算法的威胁受到关注，但SM2与其他ECC算法一样，对量子计算的抵抗能力优于RSA（量子算法可在多项式时间内破解RSA，但对ECC的攻击仍需亚指数时间）。即使未来量子计算实用化，SM2也比RSA有更长的"安全窗口期"。
3. 广泛的标准化与应用验证

SM2是中国国家标准（GB/T 32918）和国家密码行业标准（GMT 0003）规定的算法，已在金融、政务、通信等关键领域大规模应用（如银行加密传输、电子签名、身份认证等）。
其设计和安全性经过了密码学界和工业界的长期验证，且随着应用范围的扩大，持续接受安全性审查和优化，进一步保障了其可靠性。
4. 安全的关键在于正确实现与使用

SM2的安全性不仅取决于算法本身，更依赖于正确的工程实现和密钥管理：

密钥生成必须使用密码学安全的随机数（如gmssl库的内置随机数生成器）；
私钥需严格保密，避免泄露或重复使用；
加密/解密过程需遵循标准流程（如正确处理明文编码、密文格式等）。

历史上的密码安全事件，多源于实现漏洞（如随机数生成器不安全）而非算法本身的缺陷，因此规范使用是保障安全的核心。
在当前技术条件下，SM2仍然是一种安全可靠的加密算法，能够满足绝大多数场景的安全需求，尤其适合对安全性要求较高的政务、金融等领域。只要遵循标准实现并做好密钥管理，SM2的安全性可以得到充分保障。
随着密码学研究和计算能力的发展，未来可能需要升级到抗量子密码算法，但就目前而言，SM2仍是主流且安全的选择。
Python GMSSL 库介绍

gmssl是一个开源的Python库，实现了国密SM2、SM3、SM4等算法，提供了简单易用的API，方便开发者在Python项目中集成国密加密功能。
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Python GMSSL 库介绍

gmssl是一个开源的Python库，实现了国密SM2、SM3、SM4等算法，提供了简单易用的API，方便开发者在Python项目中集成国密加密功能。
SM2算法实现示例-python

SM2加密基于椭圆曲线离散对数问题（ECDLP）：在特定椭圆曲线上，已知基点 G 和点 kG，求解整数 k 是计算困难的，主要解决 “非对称场景” 的安全问题（如无预先共享密钥的加密、身份认证），其价值在于用短密钥实现高安全强度；

创建SM2加密需要生成密钥对，合理正确的密钥对为hex格式或者base64格式，以下采用hex格式进行实验。

快速生成密钥

1. 配置文件（存储密钥）

创建项目根目录/config/sm2.json文件存储密钥：

{
"privateKey": "b909cbc0a0dc8f9c61450756cd6af3156fa58ae49fcc75ba9786721c46cdf9f5",
"publickey": "04d235a280f0d8d17d09704dabcf0fd8152b1a23a620c561b9e16ebc9cd93901eab28926d8439a758c8f86ed4bfb6a3f8e20b23a949ba28013a92db40582f3b29f"
}

复制代码

2. 配置加载工具

创建与/config同级目录/utils，增加方法获取sm2.json文件内容，命名为loadConfig.py：

注：这份代码的主要目的是通过中间件进行读取，后续可扩展增加记录服务器、token的ACL策略及缓存节点等功能

import os
import json
def load_sm2_config(config_path=None):
if config_path is None:
current_dir = os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))
config_path = os.path.join(current_dir, '..', 'config', 'sm2.json')
try:
with open(config_path, 'r', encoding='utf-8') as f:
config = json.load(f)
return config
except Exception as e:
print(f"配置文件异常或者服务处于故障: {e}")
return None

复制代码

3. SM2加解密工具类

在/utils目录下创建类文件gmsm2.py，实现加解密功能：

from gmssl import sm2
from loadConfig import load_sm2_config
class GmSm2:
def __init__(self):
self.sm2_data = load_sm2_config()
self.sm2_public_key = self.sm2_data['publickey']
self.sm2_private_key = self.sm2_data['privateKey']
self.sm2_crypt = sm2.CryptSM2(
public_key=self.sm2_public_key,
private_key=self.sm2_private_key
)
def encrypt(self, plain_text):
if not plain_text:
raise ValueError("明文不能为空")
data = plain_text.encode('utf-8')
encrypt_data = self.sm2_crypt.encrypt(data)
return encrypt_data.hex()
def decrypt(self, cipher_text_hex):
if not cipher_text_hex:
raise ValueError("密文不能为空")
try:
cipher_text = bytes.fromhex(cipher_text_hex)
decrypt_data = self.sm2_crypt.decrypt(cipher_text)
return decrypt_data.decode('utf-8')
except Exception as e:
raise ValueError(f"解密失败: {str(e)}")
# 使用示例
if __name__ == "__main__":
try:
sm2_util = GmSm2()
test_text = "202019"
print(f"=============加密前{test_text}=============\n\n\n")
encrypted = sm2_util.encrypt(test_text)
print(f"=============加密后{encrypted}=============\n\n\n")
decrypted = sm2_util.decrypt(encrypted)
print(f"=============解密后{decrypted}=============\n\n\n")
assert test_text == decrypted, "加密解密不一致"
print("加密解密验证成功")
except Exception as e:
print(f"发生错误: {e}")

复制代码

运行结果

72a71b6c50833ab41b1daba8e95c5c6a83463679710e25ab7865e6277d523e86d91d60f8ef7185a082aa597d570f4da1015c589a1115e622ca6af926855f9222c5661ab1c5151835b87bce12a8abde5e87b038e293cf1cfd33890bd92a31897d07227a28137a

复制代码

SM2算法实现示例-Thinkphp8

环境准备

安装 php-8.1 以及 composer

apt install php && apt install composer

复制代码

安装thinkphp8环境

composer create-project topthink/think tp

复制代码

安装国密加密需要的库

请注意在项目根目录执行

sudo apt install php8.1-gmp && composer require lpilp/guomi

复制代码

创建配置文件

创建项目根目录/config/sm2.php(需要手动创建)：
[code]

匣卒 · 5 天前

很好很强大我过来先占个楼待编辑

倡粤 · 4 天前

谢谢分享，辛苦了

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