关于国密算法

mumu2025/11/23大约 12 分钟指南国密算法国密信创密码学

关于国密算法

提示

提示：本章要点

什么是国密算法
信创化与特殊领域应用
国密算法 vs 国际标准算法
性能差异的根本原因
如何选择算法

什么是国密算法

国密算法是指国家密码管理局认定和公布的商用密码算法，是我国自主设计的密码算法体系。主要包括：

项目	说明
SM2	椭圆曲线公钥密码算法
SM3	密码杂凑算法
SM4	分组密码算法
SM9	标识密码算法
ZUC	祖冲之序列密码算法（用于 4G/5G 通信加密）

信创化与特殊领域应用

什么是信创

信创（信息技术应用创新）是国家战略，旨在实现信息技术领域的自主可控，摆脱对国外技术的依赖。国密算法是信创体系的重要组成部分。

适用场景

国密算法常见于：政务专网与电子签章、金融支付与清算、医疗健康档案、关键基础设施（能源/交通/通信/工控）、以及需要合规审计的企业内部系统与电子合同平台。

国密算法 vs 国际标准算法

功能对应关系

功能	国密算法	国际标准算法	密钥长度
非对称加密/签名	SM2	RSA / ECDSA	256位 (SM2) vs 2048位+ (RSA)
哈希/摘要	SM3	SHA-256 / SHA-512	256位输出
对称加密	SM4	AES	128位
流密码	ZUC	ChaCha20 / RC4	128位

性能特点对比

SM2 vs RSA

提示

提示：优势

密钥更短（256位 vs 2048位），存储和传输更高效
签名和验签速度更快
相同安全强度下计算量更小

注意

注意：劣势

缺乏硬件加速支持（国际芯片）
软件实现性能受限于平台

SM3 vs SHA-256

提示

提示：特点

安全强度相当（256位输出）
算法结构相似，性能接近

注意

注意：特点

SHA系列在国际芯片上有硬件加速指令（如 Intel SHA-NI）
SM3 在国产芯片上有专用加速指令

SM4 vs AES

提示

提示：特点

同为128位分组密码，安全强度相当
算法效率相似

注意

注意：特点

AES 在国际芯片上有硬件加速（AES-NI）
SM4 在国产芯片上有专用加速指令

性能差异的根本原因

CPU 硬件加速指令

现代处理器通常内置了密码算法加速指令：

国际芯片（Intel、AMD、ARM）

• AES-NI：AES 加速指令集，性能提升 3-10 倍
• SHA Extensions：SHA-256 加速，性能提升 2-5 倍
• PCLMULQDQ：用于 GCM 模式加速

这些指令对国密算法不起作用，导致国密算法在国际芯片上只能用纯软件实现。

国产芯片（飞腾、龙芯、海光、申威）

• SM2 硬件加速单元
• SM3 专用指令
• SM4 加速指令
• ZUC 硬件支持

国产芯片针对国密算法优化，可以达到与 AES/SHA 在国际芯片上相当的性能。

安全性与性能的权衡

在密码学中，安全性和性能往往是一对矛盾。选择加密算法和参数时需要根据实际场景权衡：

加密强度与性能

更高的安全强度 通常意味着更复杂的计算，这会带来性能开销
| 项目 | 说明 |
|:--|:--|
| 密钥长度增加 | SM2 256位 vs RSA 2048位，虽然密钥更短，但椭圆曲线运算也有其复杂度 |
| 分组模式选择 | GCM 模式提供认证加密但比 ECB 模式慢；CTR 可以并行但需要额外的计数器管理 |
| 填充方式 | PKCS7 填充比 NoPadding 安全，但需要额外的填充操作和填充验证 |

加密与签名的代价

加密和签名操作都有其性能成本：

操作类型	性能特点	适用场景
对称加密 (SM4/AES)	快速，适合大量数据	文件加密、数据传输
非对称加密 (SM2/RSA)	较慢，适合小数据量	密钥交换、数字信封
哈希摘要 (SM3/SHA)	非常快，无法逆向	完整性校验、数字指纹
数字签名 (SM2/RSA)	慢（签名）/中等（验签）	身份认证、不可否认

实际建议

项目	说明
选择合适的算法	不要盲目追求最高安全强度，根据数据敏感度选择
混合使用	大数据用对称加密，密钥用非对称加密保护
批量优化	批量签名或验签时考虑并行处理
缓存策略	频繁使用的密钥材料可以缓存（注意安全清理）
硬件加速	在支持的平台上充分利用硬件加速指令

注意

注意：安全是有代价的
加密和签名操作会带来性能开销，这是保障数据安全的必要成本。在设计系统时，应该在安全性和性能之间找到平衡点，而不是简单地追求极致性能或极致安全。

性能测试数据参考

注意

注意：平台差异
以下数据仅供参考，实际性能取决于具体的硬件平台、软件实现和使用场景。

在 Intel/AMD x86 平台（无国密硬件加速）

AES 依赖 AES-NI，可比纯软件 SM4 快约 3-10 倍。
SHA-256 依赖 SHA 指令，可比纯软件 SM3 快约 2-5 倍。
ZUC/SM2 在无专用指令时均为纯软件路径，性能取决于实现质量。

在国产芯片平台（有国密硬件加速）

SM4/SM3/SM2/ZUC 通常有专用指令或内置加速，性能可反超软件版 AES/SHA（常见提升 2-5 倍）。
AES/SHA 若无对应指令，则退化为纯软件，实现间差异更大。

上述倍数为典型量级参考，实际表现取决于芯片型号、编译器优化和具体实现。

如何选择算法

必须使用国密的场景

以下场景强制或强烈推荐使用国密算法：

项目	说明
国家政务系统	法律法规明确要求
金融支付系统	人民银行和银保监会要求
关键基础设施	国家安全考虑
国产化替代项目	信创要求
敏感数据保护	合规要求

可以选择国际算法的场景

以下场景可以灵活选择：

项目	说明
国际化应用	与国外系统对接
开源社区项目	生态兼容性
移动应用	兼容性和性能平衡
非敏感数据	无特殊合规要求

混合使用方案

GMKitX 同时支持国密和国际算法，可以灵活混合使用：

import { 
  sm2Encrypt, sm3Digest,  // 国密算法
  sha256, sha512          // 国际算法
} from 'gmkitx';

// 敏感数据用国密
const sensitiveData = sm2Encrypt(publicKey, '敏感信息');
const signature = sm3Digest('重要文件');

// 一般数据用国际标准（兼容性更好）
const checksum = sha256('普通文件内容');
const hash = sha512('日志数据');

常见坑（必看）

项目	说明
SM2 userId 不一致	签名/验签必须使用相同 userId；GM/T 0009-2023 推荐 `''`，库默认仍为 `1234567812345678`
SM4/GCM IV 长度	GCM 需 12 字节 IV；CBC/CTR 等为 16 字节；同一密钥下 IV 不能重复
密文编码	SM2/SM4/ZUC 输出是 hex/base64 字符串，跨语言时要明确编码
流密码/CTR 类模式	ZUC/CTR/GCM 重复 IV 等同重用密钥流，属于高危漏洞

法律法规依据

主要法规

项目	说明
《中华人民共和国密码法》	（2020年1月1日施行）；明确商用密码的管理和使用要求
《商用密码应用安全性评估管理办法（试行）》	规定关键信息基础设施必须使用商用密码
《信息安全技术网络安全等级保护基本要求》（GB/T 22239-2019）	三级及以上系统推荐使用国密算法

行业规范

项目	说明
金融行业	《证券期货业信息系统密码应用技术要求》
政务系统	《政务信息系统密码应用与安全性评估工作指南》
电信行业	《电信网和互联网安全防护基本要求》

未来趋势

项目	说明
硬件支持普及	国产芯片对国密算法支持日益完善；性能差距逐步缩小
生态系统建设	国密算法库日趋成熟；工具链和开发支持增强
国际认可度	SM3/SM4 已被 ISO/IEC 收录；SM2 相关内容处于国际标准化讨论中；国际互通性逐步提升
应用场景扩展	从政务金融向更多行业渗透；物联网、车联网等新兴领域