国密算法芯片
用户手册
注意：用户在实际使用时需要通过UART口控制国密算法芯片，控制协议见下面说明，芯片本身只包含其中某几个算法，需要在购买时说明。
通过UART口发命令即可，方便用户使用，价格便宜
QQ:2425053909(注明加密芯片)
目录
1.概述 (2)
2.基本特征 (2)
3.通信协议 (2)
3.1.物理层 (2)
3.2.链路层 (3)
3.2.1. 通讯数据包定义 (3)
3.2.2. 协议描述 (3)
3.3.数据单元格式 (4)
3.3.1. 命令单元格式 (4)
3.3.2. 应答单元格式 (4)
4.国密芯片加解密指令 (5)
4.1.SM1算法操作指令 (5)
4.2.SM4算法操作指令 (5)
4.3.SM7算法操作指令 (6)
4.4.SSF33算法操作指令 (7)
4.5.SM3算法操作指令 (7)
1.概述
本文档适用于使用国密算法芯片进行终端开发的用户。终端开发者通过发送串口命令的方式操作国密芯片进行数据交换，国密产品应用开发。通过阅读本文档，终端开发者可以在无需考虑国密算法实现细节情况下，借助国密芯片来迅速改造现有系统使之适合国密应用。
2.基本特征
芯片的基本特征见下表：
3.通信协议
3.1.物理层
国密芯片采用系统供电方式，电压5V或者3.3V。国密芯片串口与系统MCU 串口相连，异步全双工通讯，波特率默认为115200bps。数据格式为1位起始位、8位数据位和1位停止位，无校验位。
系统MCU向国密芯片发送命令时，在同一个命令内，相连两个发送字符之间的间隔不应大于10个字符时间，否则国密芯片可能会认为命令超时导致无任何响应。
3.2.链路层
3.2.1.通讯数据包定义
通信数据包如下图所示：
通讯数据包项目、长度、含义说明对应见下表：
通讯数据包项目含义一览表
数据包总长度为：Len + 5字节，最长不能超过512字节。
3.2.2.协议描述
系统MCU首先发送一个命令数据包，发送完成后等待来自国密芯片的应答数据包。
国密芯片正确收到命令数据包后，便执行命令，然后回应应答数据包。
3.3.数据单元格式
3.3.1.命令单元格式
终端设备向读卡器发送的数据包称为命令数据包，命令数据包的格式如下图所示：
命令单元格式见下表：
命令单元格式一览表
3.3.2.应答单元格式
国密芯片向系统MCU应答数据包，如下图所示：
应答单元格式见下表：
应答单元格式一览表
4.国密芯片加解密指令
4.1.SM1算法操作指令
命令数据单元：
命令数据单元含义一览表
应答数据单元：
应答数据单元含义一览表
4.2.SM4算法操作指令
命令数据单元：
命令数据单元含义一览表
应答数据单元：
应答数据单元含义一览表
4.3.SM7算法操作指令
命令数据单元：
命令数据单元含义一览表
应答数据单元：
应答数据单元含义一览表
4.4.SSF33算法操作指令
命令数据单元：
命令数据单元含义一览表
应答数据单元：
应答数据单元含义一览表
4.5.SM3算法操作指令
命令数据单元：
命令数据单元含义一览表
应答数据单元：
应答数据单元含义一览表
国家商用密码算法简介 密码学是研究编制密码和破译密码的技术科学，起源于隐秘消息传输，在编码和破译中逐渐发展起来。密码学是一个综合性的技术科学，与语言学、数学、电子学、声学、信息论、计算机科学等有着广泛而密切的联系。密码学的基本思想是对敏感消息的保护，主要包括机密性，鉴别，消息完整性和不可否认性，从而涉及加密，杂凑函数，数字签名，消息认证码等。 一．密码学简介 密码学中应用最为广泛的的三类算法包括对称算法、非对称算法、杂凑算法。 1.1 对称密码 对称密码学主要是分组密码和流密码及其应用。分组密码中将明文消息进行分块加密输出密文区块，而流密码中使用密钥生成密钥流对明文消息进行加密。世界上应用较为广泛的包括DES、3DES、AES，此外还有Serpent，Twofish，MARS和RC6等算法。对称加密的工作模式包括电码本模式(ECB 模式)，密码反馈模式(CFB 模式)，密码分组链接模式(CBC 模式)，输入反馈模式(OFB 模式)等。1.2 非对称密码 公钥密码体制由Diffie和Hellman所提出。1978年Rivest，Shamir和Adleman提出RAS密码体制，基于大素数分解问题。基于有限域上的离散对数问题产生了ElGamal密码体制，而基于椭圆曲线上的离散对数问题产生了椭圆曲线密码密码体制。此外出现了其他公钥密码体制，这些密码体制同样基于困难问题。目前应用较多的包括RSA、DSA、DH、ECC等。 1.3杂凑算法 杂凑算法又称hash函数，就是把任意长的输入消息串变化成固定长的输出串的一种函数。这个输出串称为该消息的杂凑值。一个安全的杂凑函数应该至少满足以下几个条件。 1)输入长度是任意的； 2)输出长度是固定的，根据目前的计算技术应至少取128bits长，以便抵抗生日攻击； 3)对每一个给定的输入，计算输出即杂凑值是很容易的； 4)给定杂凑函数的描述，找到两个不同的输入消息杂凑到同一个值是计算上不可行的，或给定 杂凑函数的描述和一个随机选择的消息，找到另一个与该消息不同的消息使得它们杂凑到同一个值是计算上不可行的。 杂凑函数主要用于完整性校验和提高数字签名的有效性，目前已有很多方案。这些算法都是伪随机函数，任何杂凑值都是等可能的。输出并不以可辨别的方式依赖于输入；在任何输入串中单个比特
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/b618583245.html, 国密SM2密码算法的C语言实现 作者：邢维哲 来源：《中国新通信》2017年第18期 【摘要】 N.Koblitz和https://www.doczj.com/doc/b618583245.html,ler在1985年各自独立地提出将椭圆曲线应用于公钥密码系统。SM2椭圆曲线密码算法是国家密码管理局批准的一组算法，在电力自动化通讯中得到了 广泛应用。本文介绍了SM2椭圆曲线公钥密码算法和加密解密算法中一部分过程的C语言实现。 【关键词】椭圆曲线 SM2 密码算法公钥加密解密 Implementation of Public Key Cryptographic Algorithm SM2 based on C language XINGWEIZHE （1. XINGWEIZHE COLLEGE OF ENGINEERING， PEKING UNIVERSITY，BEIJING，100871） Abstract： Applying elliptic curves on public key cryptosystem was put forward independently by Koblitz and https://www.doczj.com/doc/b618583245.html,ler in 1985. Public Key Cryptographic Algorithm SM2 is Public Key Cryptographic Algorithm SM2， as the Chinese national cryptographic standard， is widely used in communications of automation system. This paper introduces elliptic curve cryptosystem and gives an implementation based on C language. Key word： elliptic curve cryptosystem； Public Key Cryptographic Algorithm SM2； elliptic curve
国产密码算法及应用 商用密码，是指能够实现商用密码算法的加密、解密和认证等功能的技术。（包括密码算法编程技术和密码算法芯片、加密卡等的实现技术）。商用密码技术是商用密码的核心，国家将商用密码技术列入国家秘密，任何单位和个人都有责任和义务保护商用密码技术的秘密。 商用密码的应用领域十分广泛，主要用于对不涉及国家秘密内容但又具有敏感性的内部信息、行政事务信息、经济信息等进行加密保护。比如各种安全认证、网上银行、数字签名等。 为了保障商用密码安全，国家商用密码管理办公室制定了一系列密码标准，包括SSF33 SM1（SCB2、SM2、SM3、SM4、SM7、SM9、祖冲之密码算法等等。其中SSF33 SM1、SM4 SM7、祖冲之密码是对称算法；SM2、SM9是非对称算法；SM3是哈希算法。 目前已经公布算法文本的包括SM2椭圆曲线公钥密码算法、SM3 密码杂凑算法、SM4分组密码算法等。 一、国密算法简介 1. SM1对称密码 国密SM1算法是由国家密码X局编制的一种商用密码分组标准对称算法，分组长度为128位，密钥长度都为128比特，算法安全保密强度及相关软硬件实现性能与AES相当，算法不公开，仅以IP核的形式存在于
芯片中。 采用该算法已经研制了系列芯片、智能IC卡、智能密码钥匙、加密卡、加密机等安全产品，广泛应用于电子政务、电子商务及国民经济的各个应用领域（包括国家政务通、警务通等重要领域）。 2. SM2椭圆曲线公钥密码算法 SM2算法就是ECC椭圆曲线密码机制，但在签名、密钥交换方面不同于ECDSA ECDH等国际标准，而是采取了更为安全的机制。国密SM2算法标准包括4个部分，第1部分为总则，主要介绍了ECC 基本的算法描述，包括素数域和二元扩域两种算法描述，第2部分为数字签名算法，这个算法不同于ECDSA算法，其计算量大，也比ECDSA 复杂些，也许这样会更安全吧，第3部分为密钥交换协议，与ECDH 功能相同，但复杂性高，计算量加大，第4部分为公钥加密算法，使用ECC公钥进行加密和ECC私钥进行加密算法，其实现上是在ECDH 上分散出流密钥，之后与明文或者是密文进行异或运算，并没有采用第3部分的密钥交换协议产生的密钥。对于SM2算法的总体感觉，应该是国家发明，其计算上比国际上公布的ECC算法复杂，相对来说算法速度可能慢，但可能是更安全一点。 设需要发送的消息为比特串M , len为M的比特长度。为了对明文M 进行加密，作为加密者的用户应实现以下运算步骤：步骤1:用随机数发生器产生随机数k€ [1, n -1]; 步骤2:计算椭圆曲线点C仁[k]G=(X1 , Y1 )，将C1的数据类型转换为比特串；
n C tinfo security 技术研究2019年第8期\_________________________________________________________________________________________________________■doi：10.3969/j.issn.1671-1122.2019.08.010 国密算法和国际密码算法在车载单片机上 应用的对比研究 ---------------------------吴志红，赵建宁，朱元，陆科---------------------------- (同济大学，上海201800) 摘要：文章介绍了车载网络安全和密码学应用的研究现状，结合前人的研究分析了国密SM4、SM3、SM2算法和对应国际密码算法的差异。在可编程的硬件加密模 块上进行实验，从软件执行时间、运行内存占用等方面对比了国密算法和国际密码算 法的性能。结果表明，国密SM系列算法和对应国际密码算法占用大小相当的运行内存， 任何一种国密算法和对应的国际密码算法在软件执行速度方面都存在差异，但算法执 行时间的差别最大不超过31%。文章研究可为基于国密算法的车载和车联网安全通信 提供基础，也可为开发国密算法的硬件加密模块提供参考。 关键词：车联网；国密算法；国际密码算法；车载单片机 中图分类号：TP309文献标识码：A文章编号：1671-1122(2019)08-0068-08 中文引用格式：吴志红，赵建宁，朱元，等.国密算法和国际密码算法在车载单片机上应用的对比研究［J］. 信息网络安全，2019,19(8)：68-75. 英文引用格式:WU Zhihong,ZHAO Jianning,ZHU Yuan,et https://www.doczj.com/doc/b618583245.html,parative Study on Application of Chinese Cryptographic Algorithms and International Cryptographic Algorithms in Vehicle Microcotrollers卩］.Netinfb Security 2019,19(8):68-75. Comparative Study on Application of Chinese Cryptographic Algorithms and International Cryptographic Algorithms in Vehicle Microcotrollers WU Zhihong,ZHAO Jianning,ZHU Yuan,LU Ke (Tongji University,Shanghai201800,China) Abstract:This paper introduces the research status of in-vehicle cybersecurity and cryptography applications,and analyzes the differences between the Chinese cryptographic algorithms-SM4,SM3,SM2and corresponding international cryptographic algorithms based on previous study.Experiments are carried out on the programmable hardware encryption module.The performance of the Chinese cryptographic algorithms and corresponding international cryptographic algorithms is compared in terms of software execution time and running memory occupation.There is a difference in software execution speed between 收稿日期：2019-3-2 基金项目：国家重点研发计划[2017YFE0101400] 作者简介：吴志红（1961—），男，浙江，教授，博士，主要研究方向为电机传动、嵌入式系统安防机制；赵建宁（1989—）,男，河南,博士研究生，主要研究方向为汽车网络安全防扒车载安全协议、密码学应用；朱元（1976—）,男，江苏，副教授，博士，主要研究方向为电机传动、汽车功能安全、信息安全；陆科（1983—）,男，江苏，博士，主要研究方向为汽车功能安全、信息妥全。 通信作者：赵建宁1510810@https://www.doczj.com/doc/b618583245.html, 68
河南某商业银行金融IC卡国密改造安全建设方案 一、项目背景 2011年3月,中国人民银行发布了《关于推进金融IC卡应用工作的意见》,全面启动我国金融IC卡迁移,要求2015年起银行业金融机构发卡的银行卡均应为金融IC卡。2014年11月3日，人民银行印发了《关于进一步做好金融IC卡应用工作的通知》，要求自2015年4月1日起，各发卡银行新发卡的金融IC卡应符合PBOC3.0规范，相较于PBOC2.0规范，PBOC3.0规范的核心内容是支持国密算法。 河南某商业银行金融IC卡国密改造国内第一家按照PBOC3.0规范建设的商业银行IC卡系统，主要针对发卡系统、受理系统、核心交易系统、密钥管理系统及ATM、POS机等交易终端进行支持SM2/SM3/SM4等国密算法的改造，用来开展金融IC卡借贷记、电子现金、电子钱包相关业务。 金融IC卡国密改造的核心在于安全体系建设，需要解决如何运用国密算法保证卡片的发卡和交易过程的安全。 二、需求分析 江南天安根据PBOC3.0规范要求，以及该银行的业务实际，对改银行金融IC卡国密算法改造做了安全分析，安全体系建设主要有如下几点需求： 1、需要建设符合PBOC3.0规范的密钥管理系统，保证密钥生命周期的安全。 2、需要提供一整套的应用国产密码算法的金融IC卡发卡的安全解决方案。 3、需要为金融IC卡的交易过程中涉及的各业务系统提供基于国产密码算法的安全服务。 三、解决方案 江南天安根据PBOC3.0规范要求，以及该银行的业务实际，项目中应用江南天安金融IC 卡安全支撑系统，保证了国密算法在金融IC卡发卡和交易过程的应用，为金融IC卡业务应用的安全性奠定了基础：
加密芯片十大品牌对比 各大品牌加密芯片厂商都为各自的加密芯片定了型号，用户在进行加密芯片的选型时，如果没有明确的参考依据，很难效率而准确的选取到合适的加密芯片。作者结合自身经验，为大家提供一些简单实用的加密芯片选型建议。 加密芯片的安全体系 加密芯片（安全芯片Secure Element），简称SE，是一个可以独立进行密钥管理、安全计算的可信单元，内部安全存储模块可存储密钥和特征数据。通过参照加密芯片的安全体系（见图1）可以简单了解加密芯片的构成。 图1：加密芯片安全体系 通过观察加密芯片的安全体系，可以了解到加密芯片是在硬件和软件结合的基础上实现：全面融入多方位的安全防护设计，相关的安全特性涵盖芯片的防篡改设计、唯一序列号、防DPA攻击、多种检测传感器、自毁功能、总线加密、屏蔽防护层等。 加密芯片的安全资质 如何判断加密芯片的安全性能是否有保障？可以根据各大品牌加密芯片厂商通过检测机构（如：国密局等）获得的安全资质包括EAL4+、国密二级等。 加密芯片的算法单元 什么是影响加密芯片选型的关键要素呢？随着中兴、华为事件的不断发酵，国产芯片已
成趋势，国密算法是国家密码局制定标准的一系列算法，从根本上使我国摆脱了对国外密码技术的依赖，因此，具备国密算法单元的加密芯片才是更符合市场需求的。 即使各大品牌加密芯片厂商的加密芯片构成相似，用户也可以根据算法运算单元的差异进行加密芯片的选型，作者选取网络搜索热度较高的加密芯片厂商，摘用其官网上代表性的加密芯片数据绘制表格（表1—4），仅供大家参考。 表1：8位内核加密芯片国际算法对比 （注：上表数据2020年3月20日摘自各加密芯片厂商官网）
一种基于国密算法安全芯片的物联网数据安全设计方案—— TF32A09 物联网相较于传统网络,其感知节点大都部署在无人监控的环境,具有能力脆弱、资源受限等特点, 并且由于物联网是在现有传输网络基础上扩展了感知网络和智能处理平台, 传统网络安全措施不足以提供可靠的安全保障, 从而使得物联网的安全问题具有特殊性。物联网主要由传感器、传输系统(泛在网以及处理系统3个要素构成, 因此, 物联网的安全形态也体现在这3个要素上。第一是物理安全,主要是传感器的安全,包括对传感器的干扰、屏蔽、信号截获等,是物联网安全特殊性的体现; 第二是运行安全, 存在于各个要素中, 涉及到传感器、传输系统及处理系统的正常运行, 与传统信息系统安全基本相同; 第三是数据安全,也是存在于各个要素中,要求在传感器、传输系统、处理系统中的信息不会出现被窃取、被篡改、被伪造、被抵赖等性质。因此,物联网除面临一般信息网络所具有的安全问题外,还面临物联网特有的威胁和攻击。 1、针对传输层数据安全解决方案: □ 简介 本方案通过为物联网建立虚拟专用网(VPN ,在现有的公用网络环境下,建立安全的通讯信道,对数据进行加解密,提供完整性校验机制,保证信息传输的安全。 本方案主要包括两个部分:物联网安全网关和终端安全模块。 □ 定义 VPN :虚拟专用网络 (Virtual Private Network , 简称 VPN 指的是在公用网络上建立专用网络的技术。 IPSEC VPN:IPSEC 是一套比较完整成体系的 VPN 技术,它规定了一系列的协议标准,旨在公网上建立安全的专用通讯信道。 2、产品特点
■ 数据安全 ■ 网络专用 ■ 纵向认证 ■ 数据传输安全 ■ 实时监控 ■ 移动性数据查询 ■ 数据采集 ■ 信息回报产品优势 3、产品安全性设计 ■ 采用 VPN 虚拟专用网。 ■ 遵循 IPSEC VPN标准。 ■ 网关内核级的加解密处理 ■ 支持内外网物理隔离。 ■ 建立双向认证。 4、主控芯片的特殊性 TF32A09FDL1是同方自主研发的 TF32A09系列中的一款安全芯片, 通过国家密码管理局的审核认证,并获得产品型号为 SSX1019。芯片具有如下特性: 1 芯片自身有很好的物理抗攻击能力。 2 提供硬件级 SM1国密算法。
基于国密算法、数字证书的安全问题理解 1. 国密算法发展背景 随着金融安全上升到国家安全高度，近年来国家有关机关和监管机构站在国家安全和长远战略的高度提出了推动国密算法应用实施、加强行业安全可控的要求。摆脱对国外技术和产品的过度依赖，建设行业网络安全环境，增强我国行业信息系统的“安全可控”能力显得尤为必要和迫切。 密码算法是保障信息安全的核心技术，尤其是最关键的银行业核心领域长期以来都是沿用3DES、SHA-1、RSA等国际通用的密码算法体系及相关标准，为从根本上摆脱对国外密码技术和产品的过度依赖。2010年底，国家密码管理局公布了我国自主研制的“椭圆曲线公钥密码算法”（SM2算法）。为保障重要经济系统密码应用安全，国家密码管理局于2011年发布了《关于做好公钥密码算法升级工作的通知》，要求“自2011年3月1日期，在建和拟建公钥密码基础设施电子认证系统和密钥管理系统应使用SM2算法。自2011年7月1日起，投入运行并使用公钥密码的信息系统，应使用SM2算法。” 2. 国密算法 安全的本质是算法和安全系统 保证安全最根本的方法是基础软件和基础硬件都是自己控制，目前我国无法短期国产化的情况下，数据加密是最好的方式。如果加密算法以及实现都是外国提供的，安全性从何说起，所以我国国家密码局发布了自主可控的国密算法 国密算法：为了保障商用密码的安全性，国家商用密码管理办公室制定了一系列密码标准，包括SM1（SCB2）、SM2、SM3、SM4、SM7、SM9、祖冲之密码算法（ZUC)那等等。 其中SM1、SM4、SM7、祖冲之密码（ZUC）是对称算法；SM2、SM9是非对称算法；SM3是哈希算法。 目前SM1、SM7算法不公开，调用该算法时，需要通过加密芯片的接口进行调用 3. 国密算法的现状 虽然在SSL VPN、数字证书认证系统、密钥管理系统、金融数据加密机、签名验签服务器、智能密码钥匙、智能IC卡、PCI密码卡等产品上改造完毕，但是目前的信息系统整体架构中还有操作系统、数据库、中间件、浏览器、网络设备、负载均衡设备、芯片等软硬件，由于复杂的原因无法完全把密码模块升级为国产密码模块，导致整个信息系统还存在安全薄弱环节。 4. 浏览器与SSL证书 SSL证书的作用就是传输加密 如果网站安装了SSL证书，就启用了https访问，那么你的访问就更加安全了。
RJMU401国密算法应用流程 一、国密芯片RJMU401数据加密传输、身份认证及数据完整性保证 1、传输信道中的数据都采用SM4分组加密算法，保证数据传输时数据的机密性； 2、使用散列算法SM3保证数据的完整性，以防止数据在传输的过程中被篡改； 3、使用非对称算法SM2的私钥签名来保证数据的不可抵赖性，确保数据是从某一个确 定的车载用户端发出； 4、具体流程如下： a、用户数据使用SM3进行散列运算得到数据摘要，再使用非对称算法SM2进行 摘要签名； b、同时使用对称算法SM4的密钥对数据摘要进行加密并传输给安全模块； c、使用同一个对称算法SM4密钥对用户数据进行加密，并将加密后的密文传输给 监控端； d、监控端收到数据密文后，使用对应的密钥进行对称算法SM4解密，并使用散列 算法对解密后的数据进行运算得到数据摘要1； e、监控端对收到的摘要签名进行对称算法SM4解密，再经过非对称算法解密得到 最初的数据摘要2； f、对比数据摘要1和数据摘要2，若两者相等则认为传输数据具备完整性；否则 认为数据出错； 图1、数据加密传输、数据完整性及签名认证流程 补充说明： 1、需要有一主机发起认证指令，监控端收到对应指令后，会产生一个随机数（会话密 钥），可用该随机数作为对称加密SM4的单次密钥，用于加密传输的数据； 2、此SM4的会话密钥不会明文传输，监控端查找对应车载用户端的公钥进行加密，传 给对应的车载用户端，车载用户端收到数据后，用自己的SM2私钥解密，即可得到此次会话密钥。（会话密钥采用非对称密钥机制进行传输） 3、每一个车载用户端存放一个或者两个SM2密钥对，可采用CA证书形式。证书在车 载用户端生产时候预置进安全芯片RJMU401，监控端存储所有的车载用户端的SM2密钥对（证书）。
基于国密算法和区块链的移动端安全e lD 及 认证协议设计 ------------------------胡卫、吴邱涵、刘胜利2,付伟1-------------------------- (1.海军工程大学信息安全系，湖北武汉430033 ; 2.北京航天飞行控制中心，北京100094) 摘要：当前，我国二代居民身份证的读取设备获取渠道多样，价格低廉，很容 易被不法分子利用以获取公民的身份隐私信息，并实施诈骗、违规办理信用卡等犯罪 行为。此外，一些需要对公民进行实名制验证的单位大都采取基于中心的认证方式， 并且以明文方式大量地存储用户实名信息，存在隐私泄露的风险。 SM 2算法相较于传 统认证方案中使用的R S A 算法和国际标准的E C C 算法具有安全性更高、存储空间更 小、签名速度更快的特点，可以应用在当今广泛使用的智能手机等移动终端上。区块 链技术具有去中心化、难篡改的特点，可以解决基于中心的认证方式中存在的单点失 败和多认证授权机构（C A )信任难的问题。针对用户隐私泄露问题，文章基于SM 2 算法和区块链技术，并结合二维码、面部识别等技术，对传统身份认证服务系统进行 了改进，提出了一种移动端的安全电子身份证系统，详细设计了基于 SM 2算法和区 块链的身份认证协议。 关键词：SM 2算法；区块链；身份认证；移动终端 中图分类号：T P 309文献标识码：A 文章编号：1671-1122 (2018) 07-0007-09 中文引用格式：胡卫，吴邱涵，刘胜利，等 .基于国密算法和区块链的移动端安全elD 及认证协议设计[J]. 信息网络安全，2018,18(7): 7-15.英文引用格式： HU Wei，WU Qiuhan，LIU Shengli，et al. Design of Secure elD and Identity Authentication Agreement in Mobile Terminal Based on Guomi Algorithm and Blockchain[J], Netinfo Security, 2018, 18 (7): 7—15./--------------------- n C t in f o s e c u r it y _________________________________________________________________________________________________________/2018年第7期技术研究国■ doi :10.3969/j.issn.1671-1122.2018.07.002 Design of Secure elD and Identity Authentication Agreement in Mobile Terminal Based on Guomi Algorithm and Blockchain HU Wei1, WU Qiuhan1, LIU Shengli2, FU Wei1(1. Department of I nformation Security, Naval University o f E ngineering, W-uhan H ubei 430033, China ； 2. Beijing Aerospace Control Center, Beijing 100094, China)Abstract: Currently, there are many accesses to gain the card readers of the second generation of resident identity cards, which are inexpensive and easy to be misused by the criminals to obtain citizens’ identity privacy information so that they can use it to commit fraud, illegally open up credit cards and other crimes. Besides, when people are checking in the hotels or opening an account in the banks, these institutions which need to verify citizens’ 收稿日期：2018—4—18 基金项目：国家自然科学基金[61672531];海军工程大学自主立项项目[20161607] 作者简介：胡卫（ 1979—)，男，湖北，副教授，博士，主要研究方向为密码学、信息安全、隐私保护；吴邱涵（ 1995—)，女，湖北， 硕士研究生，主要研究方向为信息安全、隐私保护；刘胜利（ 1976—)，男，河南，硕士，主要研究方向为信息安全；付伟（ 1978—)， 男，湖北，副教授，博士，主要研究方向为分布式计算、云计算、信息安全。 通信作者：吴邱涵627971660@https://www.doczj.com/doc/b618583245.html, 7
信息安全加密芯片 ---SD卡安全芯片 概述： WIS08SD548芯片是北京万协通自主研发设计的一款高性能高速32位SD卡安全芯片。SD系列加密芯片支持安全算法种类多，安全算法运算速度快。 SD系列芯片集成度高、安全性强、接口丰富、加解密速度快，具有极高的性价比。该系列芯片可广泛的应用于NFC手机、手机支付、金融、电子政务、视频 加密、安全存储、工业安全防护、物联网安全防护等安全领域。 芯片架构：
特性： ?高性能高安全的32位CPU内核 ?548KB norflash，寿命10年，擦写次数10万次 ?32KB系统SRAM ?SD控制模块，支持SD2.0，支持CMD Class0-10 ?Nand Flash控制模块，兼容主流NandFlash，可根据客户定制不同容量 ?安全芯片+Nandflash 加解密速率达到5MB/S ?支持SM1/SM2/SM3/SM4/RSA/DES/3DES/SHA1/SHA256等安全算法 ?高速专利设计架构使数据流加密更快； ?低功耗设计 ?防DPA/SPA功耗攻击 ?芯片内置2个硬件真随机数发生器 ?芯片唯一硬件序列号 ?三芯片方案简化为两芯片，提高性能，生产成品率。 ?独特的安全设计，确保芯片内部代码和数据安全； 内部存储器： ?32KB SRAM ?548KB FLASH 外部接口： ?SDC控制器接口，支持SD2.0协议； ?Nandflash控制接口，兼容ONFI1.x与2.2标准； ?NFC手机SWP接口； ?ISO14443 typeA射频接口； ?支持主流Nandflash memory； ?高速并行加密模块接口；
国密算法（SM1/2/4）芯片用户手册（UART接口） 注意：用户在实际使用时只需通过UART口控制国密算法芯片即可，控制协议及使用参考示例见下面 QQ：1900109344（算法芯片交流）
目录 1.概述 (3) 2.基本特征 (3) 3.通信协议 (3) 3.1.物理层 (3) 3.2.链路层 (4) 3.2.1.通讯数据包定义 (4) 3.2.2.协议描述 (4) 3.3.数据单元格式 (5) 3.3.1.命令单元格式 (5) 3.3.2.应答单元格式 (5) 3.4.SM1算法操作指令 (6) 3.4.1.SM1 加密/解密 (6) 3.4.2.SM1算法密钥导入指令 (6) 3.5.SM2算法操作指令 (7) 3.5.1.SM2_Sign SM2签名 (7) 3.5.2.SM2_V erify SM2验证 (7) 3.5.3.SM2_Enc SM2加密 (8) 3.5.4.SM2_Dec SM2解密 (9) 3.5.5.SM2_GetPairKey 产生SM2密钥对 (9) 3.5.6.SM2算法公钥导入 (10) 3.6.SM4算法操作指令 (10) 3.6.1.SM4加密/解密 (10) 3.6.2.SM4算法密钥导入指令 (11) 3.7.校验/修改Pin指令 (11) 3.8.国密算法使用示例（Uart口命令流） (12) 3.8.1.SM1算法操作示例 (12) 3.8.2.SM2算法操作示例 (13) 3.8.3.SM4算法操作示例 (14) 3.9.参考数据 (15) 3.9.1.SM1参考数据 (15) 3.9.2.SM2参考数据 (15) 3.9.3.SM4参考数据 (17)
国密算法芯片 用户手册 注意：用户在实际使用时需要通过UART口控制国密算法芯片，控制协议见下面说明，芯片本身只包含其中某几个算法，需要在购买时说明。 通过UART口发命令即可，方便用户使用，价格便宜 QQ:2425053909(注明加密芯片)
目录 1.概述 (2) 2.基本特征 (2) 3.通信协议 (2) 3.1.物理层 (2) 3.2.链路层 (3) 3.2.1. 通讯数据包定义 (3) 3.2.2. 协议描述 (3) 3.3.数据单元格式 (4) 3.3.1. 命令单元格式 (4) 3.3.2. 应答单元格式 (4) 4.国密芯片加解密指令 (5) 4.1.SM1算法操作指令 (5) 4.2.SM4算法操作指令 (5) 4.3.SM7算法操作指令 (6) 4.4.SSF33算法操作指令 (7) 4.5.SM3算法操作指令 (7)
1.概述 本文档适用于使用国密算法芯片进行终端开发的用户。终端开发者通过发送串口命令的方式操作国密芯片进行数据交换，国密产品应用开发。通过阅读本文档，终端开发者可以在无需考虑国密算法实现细节情况下，借助国密芯片来迅速改造现有系统使之适合国密应用。 2.基本特征 芯片的基本特征见下表： 3.通信协议 3.1.物理层 国密芯片采用系统供电方式，电压5V或者3.3V。国密芯片串口与系统MCU 串口相连，异步全双工通讯，波特率默认为115200bps。数据格式为1位起始位、8位数据位和1位停止位，无校验位。 系统MCU向国密芯片发送命令时，在同一个命令内，相连两个发送字符之间的间隔不应大于10个字符时间，否则国密芯片可能会认为命令超时导致无任何响应。
? 160 ? ELECTRONICS WORLD ?技术交流 数据存储及码流数据传输中的国密算法安全应用 深圳市东进技术股份有限公司 王良田 前言：国密算法作为现代行业核心领域通用的密码算法，为进一步提升密码算法的可控性能，工作人员采用实时数据加密处理的方法，有效降低信息传输风险，增强数据信息的安全性。本文主要针对数据存储及码流数据传输中国密算法的运用进行分析。 工作人员在进行数据传输时，及时采用动态密钥方式进行数据加密处理，并加强密钥、算法等体系的设计和研究，在多次现场实践的基础上，信息安全得到可靠保障。码流信息传输中，国密算法作为主要技术支撑，通过借助信息隐藏理论构建码流信息安全管理框架，并对相应的码流信息有效分类，从而快速掌握关键技术。国密算法是信息隐蔽传输的载体，以信息伪装形式，并通过信道渠道，将相应信息进行密钥处理，大大提升码流数据信息的机密性。 1.国密算法的相关介绍 1.1 国密算法概念 国密算法主要包括SM2、SM3、SM4等多种算法原理，建立在密钥体系之上，相应人员在采用国密算法的环节，需全面掌握对称加密算法SM4、非对称加密算法SM2、摘要算法SM3等基础理论，SM2\SM3\SM4是经过国家认定的国产密码算法，其工作任务是：加密、解密、签名、验签、摘要等操作。1.2 主要类型 SM2属于非对称加密算法类型，密钥长度：公钥长度是32字节，私钥长度为32字节，是一种基于椭圆曲线理论实现的非对称算法，加密强度是256位，目前在密钥体系中主要用于密钥交换；SM3属于摘要算法类型，密钥长度不明确，对输入数据无要求，输出数据是固定长度：32字节，实际工作中主要对于给定长度位的码流信息再经过填充、迭代、选裁等处理，最终生成摘要值，加密强度为256比特，目前在码流信息传输中，人员为保证相应信息的完整性，将SM3加密算法进行广泛运用，确保工作信息不被篡改；SM4属于对称加密算法类型，密钥长度为16字节，输出数据的长度为16字节整数倍，加密强度为128比特，采用的是32轮非线性迭代结构，现如今被广泛运用于码流数据信息加密操作中。 2.国密算法在数据存储及码流数据传输中的应用现状 传统的码流数据传输中，人员为提高数据存储的安全性，主要采用人工巡查方式，每日进行安全巡查，然而导致大量人力和物力浪费，更为严重的是，码流信息传输的安全性得不到保障。行业领域内的数据安全成为社会关注的话题，也是行业发展中需要解决的问题，运用国密算法的基础上，工作人员及时掌握传感器获得信息参数，并对数据存储及码流信息传输等过程实行信息安全监控，监控中发现：传输过程迅速，同时安全性有保障，工作信息免受外界环境干扰。 现阶段国密算法在数据存储及码流数据传输中的应用现状：管理人员加强信息安全体系研究，注重对国密算法的运用，积极掌握自动化监控系统的关键技术。比如在码流信息存储及传输环节，工 作人员广泛运用国密算法进行数据加密，大大提升码流信息传输的便捷性和安全性。 3.国密算法在数据存储及码流数据传输中的应用策略 3.1 安全体系架构 （1）为保证国密算法在数据存储中的有效运用，工作人员及时了解安全体系架构的知识，以提升传输层安全、数据层安全、管理安全等的目标出发。（2）认真完成身份认证，促进码流数据信息传输的完整性、不可否认性、保密性。（3）认真做好授权管理，充分发挥管理职能，综合考虑系统功能，快速推进安全体系构架。（4）广泛运用国密算法，对于传输层、数据层、管理层涉及到的安全问题提高重视，及时做好隐患排查，进一步完善码流信息传输的安全强度。图1 所示为安全体系架构。 图1 安全体系架构 3.2 算法安全设计 （1）加密设计：工作人员采用多算法多层次加密，提高码流信息传输的安全性，提升信息加密强度，比如人员利用SM4算法、SM2算法完成码流文件信息的加密、解密、验证、存储等操作，验证成功后方可使用私钥进行签名。（2）算法运用设计：算法运用中，数据加密处理中，使用预先存储的第一对密钥，码流信息加密时及时输入原文，借助密码卡快输出密文，验证签名时，快速输出签名结果，在卡内进行运算过程，保证了整个加密、计算过程的保密性。（3）码流文件设计：对相应码流文件信息进行加密、解密等操作时，首先服务端输入密码卡，然后送入对称密钥，同时输出密文，解密时，有效输出明文，并由客户端进行码流文件信息加 密，最终输出了明文，整个操作环节，都以信息安全为主要考虑。（4）密钥设计：密钥体系设计中，采用权限分散、多人共管的基本原则，对密钥体系进行有效分层，比如将密钥体系分为有效的系统根密钥、文件保护密钥、系统主密钥、用户证书密钥、通讯会话密钥等多种类型，强化码流文件信息安全保护，在系统内将相应信息及时存储下来，同时进行及时加密处理，采用有效的通讯会话密钥，加强码流信息传输过程保护，及时形成科学完善的密钥体系。3.3 数据加密方式 芯片在码流信息传输中起到非常重要的作用，是加密引擎系 （下转第163页）
TF32A09系列芯片 赵玉山1371 899 2179 芯片概述： TF32A09系列芯片采用独有的数据流加解密处理机制，实现了对高速数据流同步加解密功能，在加解密速度上全面超越了国内同类型芯片。 TF32A09系列芯片集成度高、安全性强、接口丰富、加解密速度快，具有极高的性价比。该系列芯片可广泛的应用于金融、电子政务、电子商务、配电、视频加 密、安全存储、工业安全防护、物联网安全防护等安全领域。 芯片架构：
关键特性： ?CS320D 32位安全内核，外部总线支持8位/16位/32位访问； ?工作频率可达到100MHz； ?64k Byte ROM，可将成熟固件或受保护代码掩膜到ROM，密码算法使用MPU保护； ?20kByte 片内SRAM，从容完成高速数据处理； ?512kByte Nor Flash，满足不同客户应用要求； ?拥有两个USB—OTG 接口，可根据应用需求设置成Host或Device ； ?集成多种通信接口和多种信息安全算法（SM1、SM2、SM3、SM4、3DES、RSA等），可实现高度整合的单芯片解决方案； ?支持在线调试，IDE 调试环境采用CodeWarrior。 内部存储器： ?20KB SRAM ?64KB ROM ?512KB FLASH 芯片外部接口：
技术参数： 1. 工作电压： 2.4V~ 3.6V 2. 频率：最高可达100MHZ 3. 外形尺寸：TF32A9FAL1（LQFP176，20X20X1.4mm ） TF32A9FCL1（LQFP80，10X10X1.4mm ） TF32A9FDL1（LQFP64，10X10X1.4mm ） 芯片优势： ? 自主设计，国产安全芯片 ? 专利设计，加密传输速度快 ? 拥有两个USB —OTG 接口，高速流加密 ? 接口丰富 ? 集成国密算法 外设模块 176Pin 芯片 80Pin 芯片 64Pin 芯片 USB1 ● ● ● USB2 ● ● 7816-1(智能卡) ● ● ● 7816-2(智能卡) ● ● SPI1 ● ● ● SPI2 ● UART1 ● ● ● UART2 ● ● NFC(nandFlash) ● ● I2C ● ● ● KPP(键盘) ● GPIO 32 16 2
基于国密算法的文件安全系统研究与实现 徐学东1,季才伟2 （1.长春工程学院机电学院，吉林长春,130012；2.长春易申软件有限公司，吉林长春,130012） 摘要：针对网络环境下电子文件的安全需求，研究基于国密算法的文件安全系统。提出C/S架构的系统模型，针对公共信道交互的安全性问题，提出“新鲜性标识符+挑战应答模式”的认证及密码协议方案，并完成了算法、密钥体系安全性设计和产品开发，目前已并通过了国密测试。 关键词：国密算法;公共信道;挑战应答模式;密钥体系 Research on the file security system based on the National commercial cipher algorithm Xu Xuedong1,Ji Caiwei2 (1.School of Mechanical&Electrical Engineering Changchun institute of Technology,ChangChun,130012； 2.Changchun E-sun Software Co.,ChangChun，130012) Abstract：According to the security requirement of the electronic file in the network environment,Analysis the file security system based on the national commercial cipher algorithm. Present C/S structure of the system model, “the fresh identifier + challenge response mode”authentication and cryptographic protocol is put forward to solve the problem of the safety of public channel interaction,and gives the algorithm and key security system design and specific implementation process.At present, has passed the testing of National commercial cipher algorithm. Keywords：National commercial cipher algorithm;Common channel;Challenge response mode;Key system 0 引言 重要电子文件传输、存储等过程中存在非法访问、窃取的风 险，需要通过密码产品进行保护。我国《商用密码管理条例》规定， 对信息进行加密保护或认证所使用的密码技术和产品，只能使用 经国家密码管理局审批认定的商用密码产品。商密产品必须基于 国密商用算法，且需通过国密产品检测获得产品型号。 国密商用算法是指国密 SM 系列算法。在国密产品检测中， 除了应用国密算法，基于PKI的加密体系，公共信道双向认证、算 法和密钥管理安全性和性能均有很高的要求。研究基于国密算法 的电子文件安全系统的设计方案，确保可信认证及无漏洞交互， 达到国密产品检测的要求。 1 系统架构设计 网络环境下，电子文件一般采取集中管理、分布使用的管理 方式。基于SC/SS架构模型,系统由服务端和客户端构成。总体 架构如图1。服务端负责用户的身份认证，权限控制，电子文件的 加密存储和行为审计。客户端负责文件的解密，监控文件的使用。 两者共同完成用户身份认证、会话协商密钥和客户端系统的安全 监控、防破解功能。 系统的加解密环节则需要在服务端和客户端分别实现。服务 端密码运算采用国密局审批通过的SJK1238加密卡，负责与客户 端协商会话密钥，验证客户端身份，对文档进行加解密。客户端采 用SJK1104 USBkey，负责与服务端协商会话密钥时的数字签名、 通讯数据加解密及客户端文档解密。为确保性能及密钥的安全 性，密码运算采用硬件加密。具体算法为：公钥密码算法为SM2， 杂凑算法为SM3，对称密码算法为SM4。 2 公共信道认证及密码协议 由于客户端和安全服务器的交互必须通过公共信道，其安全 设计至关重要。传统通过公共信道实现基于本地身份的交互认证 问题的研究已经较为深入。无密钥的安全传输机制也取得一些成 果。本设计的目标是简洁、高效、确保认证防止内部攻击。 2.1 新鲜性标识符概念 基于细粒度新鲜性的认证及密码协议是通过公共信道交互 的有效方案。其中新鲜性的概念是：协议运行期间，新鲜性标示 符N在产生时间t0之间没有被使用过。如果交互双方都相信新 鲜性标识符重复概率很低，攻击者在协议运行期间找到一个使用 过的标识符是实践上不可行的，则该新鲜性标识符只有若干合法 的主体拥有。 2.2 基于新鲜性标识符的挑战应答模式 挑战应答（Challenge/Response）模式是常用的认证方式，就 是每次认证时认证服务器端都给客户端发送一个"挑战"字串， 客户端程序收到这个"挑战"字串后，做出相应的"应答",认 证服务器将应答串与自己的计算结果比较，判断是否通过认证。 根据Dolev-Yao模型，每次交互过程双方均采用“新鲜性挑战”字 串，如加密算法完善，不同消息之间的格式不能相同，每个主体能 区分消息是否是由自己产生，则基于该新鲜性标识符进行双向认 证的过程就是安全的。 本系统客户端与服务器通讯采用标准双向认证协议，使用挑 战应答模式协商会话密钥，交互双方在交互过程中各产生一个新 鲜性随时数，作为签名验证的标识符。协商成功后通讯的数据均 使用会话密钥进行加密。协商过程如下： 基金项目：吉林省科技攻关计划项目（20140204060SF）；吉林省教育厅科研规划项目（吉教科合字［2014］第337号）DOI:10.16520/https://www.doczj.com/doc/b618583245.html,ki.1000-8519.2016.18.029