java实现sm2证书基于BouncyCastle

SM2签名同样也是需要先摘要原文数据，即先使用SM3密码杂凑算法计算出32byte摘要。SM3需要摘要签名方ID（默认1234567812345678）、曲线参数a,b,Gx,Gy、共钥坐标(x,y)计算出Z值，然后再杂凑原文得出摘要数据。这个地方要注意曲线参数和坐标点都是32byte，在转换为BigInteger大数计算转成字节流时要去掉空补位，否则可能会出现摘要计算不正确的问题。SM2签名实现如下：

SM2签名

public static BigInteger[] Sm2Sign( byte [] md, AsymmetricCipherKeyPair keypair) { SM3Digest sm3 = new SM3Digest(); ECPublicKeyParameters ecpub = (ECPublicKeyParameters)keypair.Public; byte[] z = SM2CryptoServiceProvider.Sm2GetZ(Encoding.Default.GetBytes(SM2CryptoServiceProvider.userId), ecpub.Q); sm3.BlockUpdate(z, 0, z.Length); byte[] p = md; sm3.BlockUpdate(p, 0, p.Length); byte[] hashData = new byte[32]; sm3.DoFinal(hashData, 0); // e BigInteger e = new BigInteger(1, hashData); // k BigInteger k = null; ECPoint kp = null; BigInteger r = null; BigInteger s = null; BigInteger userD = null; do { do { ECPrivateKeyParameters ecpriv = (ECPrivateKeyParameters)keypair.Private; k = ecpriv.D; kp = ecpub.Q; userD = ecpriv.D; // r r = e.Add(kp.X.ToBigInteger()); r = r.Mod(ecc_n); } while (r.Equals(BigInteger.Zero) || r.Add(k).Equals(ecc_n)); // (1 + dA)~-1 BigInteger da_1 = userD.Add(BigInteger.One); da_1 = da_1.ModInverse(ecc_n); // s s = r.Multiply(userD); s = k.Subtract(s).Mod(ecc_n); s = da_1.Multiply(s).Mod(ecc_n); } while (s.Equals(BigInteger.Zero)); byte[] btRS = new byte[64]; byte[] btR = r.ToByteArray(); byte[] btS = s.ToByteArray(); Array.Copy(btR, btR.Length - 32, btRS, 0, 32); Array.Copy(btS, btS.Length - 32, btRS, 32, 32); return new BigInteger[] { r, s }; }

SM2算法是基于ECC算法的，签名同样返回2个大数，共64byte。由于原来RSA算法已很普遍支持，要实现RSA的签名验签都有标准库的实现，而SM2是国密算法在国际上还没有标准通用，算法Oid标识在X509标准中是没定义的。在.Net或Java中可以基于使用BouncyCastle加密库实现，开源的也比较好学习扩展。SM2算法验签可以使用软验签，即可以不需要使用硬件设备，同样使用原始数据、签名、证书(公钥)来实现对签名方验证，保证数据完整性未被篡改。验证过程同样需先摘要原文数据，公钥在证书中是以一个66byte的BitString，去掉前面标记位即64byte为共钥坐标(x,y)，中间分割截取再以Hex方式转成BigInteger大数计算，验签代码如下：

SM2验签

public static bool Verify( byte [] msg, byte [] signData, byte [] certData)
{

            X509Certificate2 x5092 = new X509Certificate2(certData);
            byte[] certPK = x5092.GetPublicKey();

            certPK = SubByte(certPK, 1, 64);

            byte[] certPKX = SubByte(certPK, certPK.Length - 32 - 32, 32);
            byte[] certPKY = SubByte(certPK, certPK.Length - 32, 32);


            System.String strcertPKX = ByteToHexStr(certPKX);
            System.String strcertPKY = ByteToHexStr(certPKY);
            BigInteger biX = new BigInteger(strcertPKX, 16);
            BigInteger biY = new BigInteger(strcertPKY, 16);


            ECFieldElement x = new FpFieldElement(ecc_p, biX);
            ECFieldElement y = new FpFieldElement(ecc_p, biY);

            ECPoint userKey = new FpPoint(ecc_curve, x, y);


            SM3Digest sm3 = new SM3Digest();
            byte[] z = Sm2GetZ(Encoding.Default.GetBytes(userId), userKey);
            sm3.BlockUpdate(z, 0, z.Length);


            byte[] p = msg;
            sm3.BlockUpdate(p, 0, p.Length);

            byte[] md = new byte[32];
            sm3.DoFinal(md, 0);


            byte[] btR = SubByte(signData, 0, 32);
            byte[] btS = SubByte(signData, 32, 32);


            System.String strR = ByteToHexStr(btR);
            System.String strS = ByteToHexStr(btS);
            BigInteger r = new BigInteger(strR, 16);
            BigInteger s = new BigInteger(strS, 16);

            // e_
            BigInteger e = new BigInteger(1, md);
            // t
            BigInteger t = r.Add(s).Mod(ecc_n);

            if (t.Equals(BigInteger.Zero))
                return false;

            // x1y1
            ECPoint x1y1 = ecc_point_g.Multiply(s);
            x1y1 = x1y1.Add(userKey.Multiply(t));

            // R
            BigInteger R = e.Add(x1y1.X.ToBigInteger()).Mod(ecc_n);

            return r.Equals(R);
}

制作SM2证书

基于BouncyCastle开源库，可以轻松制作X509证书、CRL、pkcs10、pkcs12，支持国际通用的RSA、ECC算法。制作SM2证书可以通过扩展BouncyCastle库来实现，需加入SM2签名算法DerObjectIdentifier标识1.2.156.10197.1.501（基于SM3的SM2算法签名），密钥对的生成使用国密推荐曲线参数，然后如上所示自行实现SM2签名验证算法。X509证书由证书主体、证书签名算法标识、签名组成，和RSA证书主要不同的是SM2证书的签名算法标识和签名，及证书公钥使用ECKeyParameters。生成自签名SM2证书代码如下：

SM2证书生成

public static Org.BouncyCastle.X509.X509Certificate MakeRootCert( string filePath, IDictionary subjectNames) { AsymmetricCipherKeyPair keypair = SM2CryptoServiceProvider.SM2KeyPairGenerator.GenerateKeyPair(); ECPublicKeyParameters pubKey = (ECPublicKeyParameters)keypair.Public; //CA公钥 ECPrivateKeyParameters priKey = (ECPrivateKeyParameters)keypair.Private; //CA私钥 X509Name issuerDN = new X509Name(GetDictionaryKeys(subjectNames), subjectNames); X509Name subjectDN = issuerDN; //自签证书，两者一样 SM2X509V3CertificateGenerator sm2CertGen = new SM2X509V3CertificateGenerator(); //X509V3CertificateGenerator sm2CertGen = new X509V3CertificateGenerator(); sm2CertGen.SetSerialNumber(new BigInteger(128, new Random())); //128位 sm2CertGen.SetIssuerDN(issuerDN); sm2CertGen.SetNotBefore(DateTime.UtcNow.AddDays(-1)); sm2CertGen.SetNotAfter(DateTime.UtcNow.AddDays(365 * 10)); sm2CertGen.SetSubjectDN(subjectDN); sm2CertGen.SetPublicKey(pubKey); //公钥 sm2CertGen.SetSignatureAlgorithm("SM3WITHSM2"); sm2CertGen.AddExtension(X509Extensions.BasicConstraints, true, new BasicConstraints(true)); sm2CertGen.AddExtension(X509Extensions.SubjectKeyIdentifier, false, new SubjectKeyIdentifierStructure(pubKey)); sm2CertGen.AddExtension(X509Extensions.AuthorityKeyIdentifier, false, new AuthorityKeyIdentifierStructure(pubKey)); sm2CertGen.AddExtension(X509Extensions.KeyUsage, true, new KeyUsage(6)); Org.BouncyCastle.X509.X509Certificate sm2Cert = sm2CertGen.Generate(keypair); sm2Cert.CheckValidity(); sm2Cert.Verify(pubKey); return sm2Cert; }

X509证书使用ASN1语法进行编码，是用类型标识、长度和值序列来描述数据结构的。SM2证书在制作设置公钥时，默认会带ECKeyParameters参数，并没有SM2的公钥参数1.2.156.10197.1.301，因此需要自己写个SM2椭圆曲线密码算法标识对象，这样在生成的证书中就可以看到公钥参数字段，如下所示：

SM2证书公钥标识

SM2算法是国密局公布的公钥密码算法，在相当强度下密钥比RSA短，在使用智能卡有限空间存储时非常可贵。目前国内很多CA大都升级支持SM2算法证书，相信以后会慢慢地推广更多应用，也期望之后能与国际标准接轨。

附：

国密推荐256位曲线参数

• p=FFFFFFFE FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF 00000000 FFFFFFFF FFFFFFFF
• a=FFFFFFFE FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF 00000000 FFFFFFFF FFFFFFFC
• b=28E9FA9E 9D9F5E34 4D5A9E4B CF6509A7 F39789F5 15AB8F92 DDBCBD41 4D940E93
• n=FFFFFFFE FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF 7203DF6B 21C6052B 53BBF409 39D54123
• Gx=32C4AE2C 1F198119 5F990446 6A39C994 8FE30BBF F2660BE1 715A4589 334C74C7
• Gy=BC3736A2 F4F6779C 59BDCEE3 6B692153 D0A9877C C62A4740 02DF32E5 2139F0A0