MD5/AES/RSA 替换为国密 SM3/SM4/SM2 实现前后端交互

APP-META / 元宇宙应用平台

基于 Spring Boot3、Vue3、Naive UI 构建，助力应用快速开发、发布、运维的低代码平台，旨在帮助使用者（包含但不限于开发人员、业务人员）快速响应业务需求

背景

目前平台使用的加解密算法为 MD5（信息摘要）、AES（对称加密）、RSA（非对称加密），出于性能与安全性考虑，我决定更换为对应的国密算法：SM3、SM4、SM2。

算法名称类型备注
SM2非对称加密算法基于ECC，故其签名速度与秘钥生成速度都快于RSA
SM3信息摘要对标 MD5
SM4对称加密密钥长度和分组长度均为128位，类似于 AES/DES

本文将讲述如何实现后端（Java、Spring Boot）、前端（JavaScript）加解密互通😄。

依赖库

这里选择 Bouncy Castle 实现加解密，它是一个广泛使用的加密库，它提供了GM（即国密）支持模块，允许在Java中使用国密算法。这个库是开源的，可以免费用于商业和非商业项目。

<dependency><groupId>org.bouncycastle</groupId><artifactId>bcprov-jdk18on</artifactId><version>1.78.1</version>
</dependency>

后端/Java

类名为：GMUtil，在 JDK21 测试通过

import org.bouncycastle.asn1.gm.GMNamedCurves;
import org.bouncycastle.asn1.x9.X9ECParameters;
import org.bouncycastle.crypto.CipherParameters;
import org.bouncycastle.crypto.digests.SM3Digest;
import org.bouncycastle.crypto.engines.SM2Engine;
import org.bouncycastle.crypto.params.ECDomainParameters;
import org.bouncycastle.crypto.params.*;
import org.bouncycastle.crypto.params.ECPrivateKeyParameters;
import org.bouncycastle.crypto.params.ParametersWithRandom;
import org.bouncycastle.crypto.util.PrivateKeyFactory;
import org.bouncycastle.crypto.util.PublicKeyFactory;
import org.bouncycastle.jcajce.provider.asymmetric.ec.BCECPrivateKey;
import org.bouncycastle.jcajce.provider.asymmetric.ec.BCECPublicKey;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
import org.bouncycastle.math.ec.ECPoint;
import org.bouncycastle.util.encoders.Hex;import java.io.InputStream;
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.math.BigInteger;
import java.security.*;
import java.security.spec.ECGenParameterSpec;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Base64;
import java.util.List;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;public class GMUtil {public static String DEFAULT_ENCODING = "utf-8";private static String SM4 = "SM4";private static String SM3 = "SM3";/*** 加密算法/分组加密模式/分组填充方式* PKCS5Padding-以8个字节为一组进行分组加密* 定义分组加密模式使用：PKCS5Padding*/private static String SM4_TRANSFORM = "SM4/ECB/PKCS5Padding"; // "SM4/CBC/PKCS7Padding";private static String PROVIDER = "BC";private static String SPEC = "sm2p256v1";static {Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());}public static String createSm4Key() throws Exception {// 生成 SM4 密钥KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance(SM4, PROVIDER);keyGen.init(128, new SecureRandom()); // SM4 使用 128 位密钥SecretKey secretKey = keyGen.generateKey();return bytesToHex(secretKey.getEncoded());}public static String sm4Encrypt(String content, String key) throws Exception{return sm4Encrypt(content, key, DEFAULT_ENCODING);}/**** @param content* @param hexKey* @param charsetName* @return* @throws Exception*/public static String sm4Encrypt(String content, String hexKey, String charsetName) throws Exception {Cipher cipher = Cipher.getInstance(SM4_TRANSFORM, PROVIDER);byte[] keyBytes = Hex.decode(hexKey);cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, new SecretKeySpec(keyBytes, SM4));byte[] ciphertext = cipher.doFinal(content.getBytes(charsetName));return bytesToHex(ciphertext);}public static String sm4Decrypt(String encryptText, String hexKey) throws Exception {return sm4Decrypt(encryptText, hexKey, DEFAULT_ENCODING);}/**** @param encryptText* @param hexKey* @param charsetName* @return* @throws Exception*/public static String sm4Decrypt(String encryptText, String hexKey, String charsetName) throws Exception {Cipher cipher = Cipher.getInstance(SM4_TRANSFORM, PROVIDER);byte[] keyBytes = Hex.decode(hexKey);cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, new SecretKeySpec(keyBytes, SM4));byte[] ciphertext = cipher.doFinal(Hex.decode(encryptText));return new String(ciphertext, charsetName);}/*** 生成文本内容的信息摘要* @param content 文本* @return 返回长度为 64 的 hex 文本*/public static String sm3(String content) throws Exception {// 获取 SM3 MessageDigest 实例MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance(SM3, PROVIDER);digest.update(content.getBytes());return bytesToHex(digest.digest());}public static String sm3(InputStream is) throws Exception {// 获取 SM3 MessageDigest 实例MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance(SM3, PROVIDER);byte[] buffer = new byte[1024];int numRead;while ((numRead = is.read(buffer)) > 0) {digest.update(buffer, 0, numRead);}is.close();return bytesToHex(digest.digest());}/*** 第一个元素为私钥、第二个元素为公钥、第三个元素为 30 开头的私钥、第四个元素为 30 开头的公钥** @return SM2 密码对* @throws Exception*/public static List<String> createSm2Key() throws Exception {List<String> keys = new ArrayList<>(2);KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("EC",  PROVIDER);keyPairGen.initialize(new ECGenParameterSpec(SPEC), new SecureRandom());KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();BCECPublicKey pubKey = (BCECPublicKey) keyPair.getPublic();BCECPrivateKey priKey = (BCECPrivateKey) keyPair.getPrivate();//私钥（16进制字符串，头部不带00长度共64）keys.add(bytesToHex(priKey.getS().toByteArray()));//获取公钥（16进制字符串，头部带04长度共130）keys.add(bytesToHex(((BCECPublicKey)keyPair.getPublic()).getQ().getEncoded(false)));/*同时添加 30 开头的密钥在X.509证书中，公钥信息是按照ASN.1编码规则进行编码的，而这种编码可能会在公钥前面加上一些额外的信息，使得整个序列看起来以“30”开头。“30”在十六进制中对应于ASN.1的SEQUENCE标签，表明这是一个复合数据类型，包含了多个元素，如算法标识符和公钥本身。*/keys.add(bytesToHex(priKey.getEncoded()));keys.add(bytesToHex(pubKey.getEncoded()));return keys;}public static String sm2Encrypt(String content, String hexPubKey) throws Exception {return sm2Encrypt(content, hexPubKey, DEFAULT_ENCODING);}/*** SM2 加密* @param content       待加密文本* @param hexPubKey     公钥串（HEX编码）* @param charsetName   字符集* @return              HEX编码的加密结果* @throws Exception*/public static String sm2Encrypt(String content, String hexPubKey, String charsetName) throws Exception{SM2Engine engine = new SM2Engine(new SM3Digest(), SM2Engine.Mode.C1C3C2);CipherParameters pubKeyParams;if(hexPubKey.length() == 130 && hexPubKey.startsWith("04")){// 获取一条SM2曲线参数X9ECParameters sm2ECParameters = GMNamedCurves.getByName(SPEC);// 构造ECC算法参数，曲线方程、椭圆曲线G点、大整数NECDomainParameters domainParameters = new ECDomainParameters(sm2ECParameters.getCurve(), sm2ECParameters.getG(), sm2ECParameters.getN());//提取公钥点ECPoint pukPoint = sm2ECParameters.getCurve().decodePoint(Hex.decode(hexPubKey));// 公钥前面的02或者03表示是压缩公钥，04表示未压缩公钥, 04的时候，可以去掉前面的04pubKeyParams = new ECPublicKeyParameters(pukPoint, domainParameters);}elsepubKeyParams = PublicKeyFactory.createKey(Hex.decode(hexPubKey));engine.init(true, new ParametersWithRandom(pubKeyParams));byte[] bytes = content.getBytes(charsetName);return bytesToHex(engine.processBlock(bytes, 0, bytes.length));}public static String sm2Decrypt(String encryptText, String hexPriKey)throws Exception {return sm2Decrypt(encryptText, hexPriKey, DEFAULT_ENCODING);}/*** SM2 解密* @param encryptText* @param hexPriKey* @param charsetName* @return* @throws Exception*/public static String sm2Decrypt(String encryptText, String hexPriKey, String charsetName) throws Exception {SM2Engine engine = new SM2Engine(new SM3Digest(), SM2Engine.Mode.C1C3C2);CipherParameters priKeyParams;if(hexPriKey.length() == 64 || (hexPriKey.length() == 66 && hexPriKey.startsWith("00"))){//获取一条SM2曲线参数X9ECParameters sm2ECParameters = GMNamedCurves.getByName(SPEC);//构造domain参数ECDomainParameters domainParameters = new ECDomainParameters(sm2ECParameters.getCurve(), sm2ECParameters.getG(), sm2ECParameters.getN());BigInteger privateKeyD = new BigInteger(hexPriKey, 16);priKeyParams = new ECPrivateKeyParameters(privateKeyD, domainParameters);}elsepriKeyParams = PrivateKeyFactory.createKey(Hex.decode(hexPriKey));engine.init(false, priKeyParams);byte[] bytes = Hex.decode(encryptText);return new String(engine.processBlock(bytes, 0, bytes.length), charsetName);}public static String hexToBase64(String hex){return bytesToBase64(Hex.decode(hex));}public static String base64ToHex(String base64) throws UnsupportedEncodingException {return bytesToHex(Base64.getDecoder().decode(base64));}/*** 将字节数组转换为十六进制字符串的方法* @param bytes 字节数组* @return*/private static String bytesToHex(byte[] bytes) throws UnsupportedEncodingException {return new String(Hex.encode(bytes), DEFAULT_ENCODING);}private static String bytesToBase64(byte[] bytes){return Base64.getEncoder().encodeToString(bytes);}
}

前端/JavaScript

使用 sm-crypto 库

const crypto = require('sm-crypto')const text = "集成显卡 2024！"
console.debug("明文：", text)console.debug("\nSM3 摘要：", crypto.sm3(text))const sm4Key = "d1d412be2a82dab71873639add228732"
// 使用默认模式（ECB/PKCS5Padding）加密
const sm4Text = crypto.sm4.encrypt(text, sm4Key)
console.debug("\nSM4 加密：", sm4Text)
console.debug("SM4 解密：", crypto.sm4.decrypt(sm4Text, sm4Key))const sm2PubKey = "04e253c9b72d115a3f4e12f9c1c229e3932e2c69ad95e0a083c168954cab1245c7c3324361e1ba8ee177e7af279e4ca528f79656f6e65dbd77e6b9f4708c73f1df"
const sm2PriKey = "00c71cd11365567948ba8b049679ecbd7d7dd31f0109b5bac0aa0dc47494707dd2"// 使用 SM2 加密，使用默认模式 C1C3C2
let encryptData = crypto.sm2.doEncrypt(text, sm2PubKey)
/*** 默认模式解密* 如果是解密来自 Java 端 Bouncy Castle 的密文* 可能需要删除开头的 04 字符*/
let decryptData = crypto.sm2.doDecrypt(encryptData, sm2PriKey)
console.debug("\nSM2 加密：", encryptData)
console.debug("SM2 解密：", decryptData)

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