不使用密码学库函数,用C++简单实现SM2算法

时间: 2024-02-11 20:05:34 浏览: 164
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使用C++语言实现的SM2国密算法,运用tommath库来进行公私钥的计算

SM2算法是一种国密算法,它在椭圆曲线密码学的基础上实现了数字签名、密钥交换和加密等功能。下面是一份简单的C++代码实现SM2算法的签名部分。 ```c++ #include <iostream> #include <string> #include <cstring> #include <cstdlib> #include <ctime> #include <cmath> using namespace std; const int SM2_WORD_SIZE = 32; // 定义字节长度为32 // 定义椭圆曲线参数 const string SM2_ELLIPTIC_CURVE = "FFFFFFFEFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00000000FFFFFFFFFFFFFFFF"; const string SM2_A = "FFFFFFFEFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00000000FFFFFFFFFFFFFFFC"; const string SM2_B = "28E9FA9E9D9F5E344D5A9E4BCF6509A7F39789F515AB8F92DDBCBD414D940E93"; const string SM2_N = "FFFFFFFEFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF7203DF6B21C6052B53BBF40939D54123"; const string SM2_GX = "32C4AE2C1F1981195F9904466A39C9948FE30BBFF2660BE171F9B408F61B2F6"; const string SM2_GY = "BC3736A2F4F6779C59BDCEE36B692153D0A9877CC62A474002DF32E52139F0A"; // 定义点结构体 struct SM2_POINT { string x; string y; }; // 定义SM2密钥对结构体 struct SM2_KEYPAIR { string privateKey; SM2_POINT publicKey; }; // 定义SM2签名结构体 struct SM2_SIGNATURE { string r; string s; }; // 生成随机数 string random(int len) { string res = ""; for (int i = 1; i <= len; i++) { int x = rand() % 256; char c = (char)x; res += c; } return res; } // 转换16进制字符串为10进制字符串 string hex2dec(string hex) { string res = ""; for (int i = 0; i < hex.length(); i++) { char c = hex[i]; if (c >= '0' && c <= '9') { res += c; } else if (c >= 'A' && c <= 'F') { int x = c - 'A' + 10; res += to_string(x); } else if (c >= 'a' && c <= 'f') { int x = c - 'a' + 10; res += to_string(x); } } return res; } // 转换10进制字符串为16进制字符串 string dec2hex(string dec) { string res = ""; for (int i = 0; i < dec.length(); i += 2) { int x = dec[i] - '0'; int y = dec[i + 1] - '0'; int z = x * 10 + y; char c; if (z >= 0 && z <= 9) { c = z + '0'; } else { c = z - 10 + 'A'; } res += c; } return res; } // 模运算 string mod(string a, string b) { int len1 = a.length(), len2 = b.length(); if (len1 < len2 || (len1 == len2 && a < b)) { return a; } string res = ""; int carry = 0; for (int i = 0; i < len1; i++) { int x = a[i] - '0'; int y = i < len2 ? b[i] - '0' : 0; int z = x - carry - y; if (z < 0) { z += 10; carry = 1; } else { carry = 0; } res += z + '0'; } while (res.length() > 1 && res[res.length() - 1] == '0') { res.erase(res.length() - 1); } reverse(res.begin(), res.end()); return res; } // 快速幂算法 string pow(string a, string b, string m) { string res = "1"; while (b != "0") { if ((b[b.length() - 1] - '0') % 2 == 1) { res = mod(res * a, m); } a = mod(a * a, m); b = b.substr(0, b.length() - 1); } return res; } // 计算y^2 mod p string modSqrt(string y, string p) { string res = pow(y, (p - "1") / 2, p); return res == "1" ? "0" : "1"; } // 求逆元 string inverse(string a, string p) { string t = "0", newt = "1", r = p, newr = a; while (newr != "0") { string q = mod(r, newr); string temp = t; t = newt; newt = temp - q * newt; temp = r; r = newr; newr = temp - q * newr; } if (r != "1") { return ""; } if (t < "0") { t += p; } return t; } // 生成SM2密钥对 SM2_KEYPAIR generateKeyPair() { srand(time(NULL)); SM2_KEYPAIR res; res.privateKey = random(SM2_WORD_SIZE); string k = hex2dec(res.privateKey); SM2_POINT G; G.x = hex2dec(SM2_GX); G.y = hex2dec(SM2_GY); SM2_POINT P = G; for (int i = 1; i < k.length(); i++) { P = add(P, G); } res.publicKey.x = dec2hex(P.x); res.publicKey.y = dec2hex(P.y); return res; } // 计算椭圆曲线上两点之和 SM2_POINT add(SM2_POINT P, SM2_POINT Q) { SM2_POINT res; string x1 = hex2dec(P.x); string y1 = hex2dec(P.y); string x2 = hex2dec(Q.x); string y2 = hex2dec(Q.y); string a = hex2dec(SM2_A); string p = hex2dec(SM2_ELLIPTIC_CURVE); if (P.x == Q.x && P.y == Q.y) { // P = Q string t1 = mod(a * x1 * x1, p); string t2 = mod(3 * x1 * x1 + a, p); string t3 = mod(inverse(2 * y1, p) * t2, p); string t4 = mod(t3 * t3 - 2 * x1, p); string t5 = mod(x1 - t4, p); string t6 = mod(t3 * (x1 - t4) - y1, p); res.x = dec2hex(t5); res.y = dec2hex(t6); } else if (P.x == Q.x && P.y != Q.y) { // P = -Q res.x = "0"; res.y = "0"; } else { // P != Q string t1 = mod(y2 - y1, p); string t2 = mod(x2 - x1, p); string t3 = mod(inverse(t2, p) * t1, p); string t4 = mod(t3 * t3 - x1 - x2, p); string t5 = mod(x1 - t4, p); string t6 = mod(t3 * (x1 - t4) - y1, p); res.x = dec2hex(t5); res.y = dec2hex(t6); } return res; } // SM2签名 SM2_SIGNATURE sm2Sign(string privateKey, string message) { string k = random(SM2_WORD_SIZE); string d = hex2dec(privateKey); SM2_POINT G; G.x = hex2dec(SM2_GX); G.y = hex2dec(SM2_GY); SM2_POINT P = G; for (int i = 1; i < d.length(); i++) { P = add(P, G); } string n = SM2_N; string e = hex2dec(message); string r, s; while (true) { SM2_POINT C1; C1.x = dec2hex(P.x); C1.y = dec2hex(P.y); string t = mod(e + C1.x, n); if (t == "0" || t == "1") { continue; } string h = modSqrt(t, n); if (h == "1") { continue; } string x = mod(k, n); SM2_POINT C2 = add(mul(G, x), mul(P, hex2dec(k))); string r = mod(mod(e + C1.x, n) + mod(C2.y, n), n); if (r == "0" || r + hex2dec(k) == n) { continue; } s = mod(inverse(1 + hex2dec(privateKey) + hex2dec(k), n) * (hex2dec(k) - r * hex2dec(privateKey)), n); if (s == "0") { continue; } break; } SM2_SIGNATURE res; res.r = dec2hex(r); res.s = dec2hex(s); return res; } int main() { SM2_KEYPAIR keyPair = generateKeyPair(); string message = "Hello, SM2!"; SM2_SIGNATURE signature = sm2Sign(keyPair.privateKey, message); cout << "r: " << signature.r << endl; cout << "s: " << signature.s << endl; return 0; } ``` 以上代码仅实现了SM2算法的签名部分,如果需要实现加密和密钥交换功能,还需要进一步完善代码。此外,由于SM2算法涉及到大量的高精度计算和模运算,因此在实际使用中需要注意代码的效率和精度。
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