国密算法工具 - SmUtil

简介

Hutool 针对 Bouncy Castle 进行了简化包装，以便于开发者轻松实现国密算法中的 SM2、SM3、SM4 加密功能。国密算法是中国自主制定的密码标准，广泛应用于金融、政务等领域。SmUtil 工具类支持以下几种国密算法：

• 非对称加密和签名： SM2
• 摘要算法： SM3
• 对称加密： SM4

1. 引入 Bouncy Castle 依赖

在使用国密算法前，需要在项目中引入 Bouncy Castle 库。以下是 Maven 依赖配置：

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

注意： 请确保依赖的版本与 JDK 版本匹配。

2. 非对称加密 SM2

SM2 是基于椭圆曲线的非对称加密算法，支持加密、解密和签名、验签操作。

使用随机生成的密钥对进行加密和解密

import cn.hutool.crypto.SmUtil;
import cn.hutool.crypto.asymmetric.SM2;
import cn.hutool.core.util.StrUtil;
import cn.hutool.crypto.asymmetric.KeyType;

public class SmUtilExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建 SM2 加密对象，随机生成密钥对
        SM2 sm2 = SmUtil.sm2();

        // 待加密的明文
        String text = "我是一段测试aaaa";

        // 公钥加密
        String encryptStr = sm2.encryptBcd(text, KeyType.PublicKey);
        System.out.println("加密后的内容: " + encryptStr);

        // 私钥解密
        String decryptStr = StrUtil.utf8Str(sm2.decryptFromBcd(encryptStr, KeyType.PrivateKey));
        System.out.println("解密后的内容: " + decryptStr);
    }
}

• SmUtil.sm2()：生成 SM2 加密对象，随机生成密钥对。

  • 返回值：返回 SM2 对象，支持加密和解密操作。

• SM2.encryptBcd(String data, KeyType keyType)：使用 SM2 算法进行加密，返回 BCD 编码字符串。

  • data：待加密的字符串。
  • keyType：使用的密钥类型（KeyType.PublicKey 表示公钥加密，KeyType.PrivateKey 表示私钥加密）。
  • 返回值：返回加密后的 BCD 编码字符串。

• SM2.decryptFromBcd(String encryptedData, KeyType keyType)：使用 SM2 算法进行解密。

  • encryptedData：加密后的 BCD 编码字符串。
  • keyType：使用的密钥类型（KeyType.PrivateKey 表示私钥解密，KeyType.PublicKey 表示公钥解密）。
  • 返回值：返回解密后的明文字符串。

作用： SM2 非对称加密适用于需要高度安全的数据传输场景，如加密通信、身份认证等。

实际开发场景： 在金融系统中，经常使用 SM2 算法进行敏感信息的加密传输和数字签名。

使用自定义密钥对进行加密和解密

import cn.hutool.crypto.SecureUtil;
import cn.hutool.crypto.SmUtil;
import cn.hutool.crypto.asymmetric.SM2;
import cn.hutool.core.util.StrUtil;
import cn.hutool.crypto.asymmetric.KeyType;

import java.security.KeyPair;

public class SmUtilExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 自定义密钥对
        KeyPair pair = SecureUtil.generateKeyPair("SM2");
        byte[] privateKey = pair.getPrivate().getEncoded();
        byte[] publicKey = pair.getPublic().getEncoded();

        // 创建 SM2 加密对象
        SM2 sm2 = SmUtil.sm2(privateKey, publicKey);

        // 待加密的明文
        String text = "我是一段测试aaaa";

        // 公钥加密
        String encryptStr = sm2.encryptBcd(text, KeyType.PublicKey);
        System.out.println("加密后的内容: " + encryptStr);

        // 私钥解密
        String decryptStr = StrUtil.utf8Str(sm2.decryptFromBcd(encryptStr, KeyType.PrivateKey));
        System.out.println("解密后的内容: " + decryptStr);
    }
}

• SmUtil.sm2(byte[] privateKey, byte[] publicKey)：使用自定义密钥生成 SM2 加密对象。
  • privateKey：私钥字节数组。
  • publicKey：公钥字节数组。
  • 返回值：返回 SM2 对象，支持加密和解密操作。

作用： 当用户需要自定义密钥对时，可以通过该方法实现灵活的加密方案。

SM2 签名和验签

import cn.hutool.crypto.SmUtil;
import cn.hutool.crypto.asymmetric.SM2;
import cn.hutool.core.util.HexUtil;

public class SmUtilExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建 SM2 签名对象
        SM2 sm2 = SmUtil.sm2();

        // 待签名的内容
        String content = "我是Hanley.";

        // 生成签名
        String sign = sm2.signHex(HexUtil.encodeHexStr(content));
        System.out.println("生成的签名: " + sign);

        // 验证签名
        boolean verify = sm2.verifyHex(HexUtil.encodeHexStr(content), sign);
        System.out.println("签名验证结果: " + verify); // true
    }
}

• SM2.signHex(String data)：生成十六进制编码的签名。

  • data：待签名的数据（十六进制字符串）。
  • 返回值：返回生成的签名（十六进制字符串）。

• SM2.verifyHex(String data, String sign)：验证签名。

  • data：待验证的数据（十六进制字符串）。
  • sign：待验证的签名（十六进制字符串）。
  • 返回值：返回签名验证结果（true 表示验证通过）。

作用： SM2 签名和验签功能用于确保数据的完整性和来源可信度，广泛应用于数字签名和认证场景。

3. 摘要算法 SM3

SM3 是国密标准的摘要算法，类似于 SHA-256，常用于生成数据的摘要值。

使用 SM3 生成摘要

import cn.hutool.crypto.SmUtil;

public class SmUtilExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用 SM3 生成摘要
        String digestHex = SmUtil.sm3("aaaaa");
        System.out.println("SM3 摘要: " + digestHex); // 136ce3c86e4ed909b76082055a61586af20b4dab674732ebd4b599eef080c9be
    }
}

• SmUtil.sm3(String data)：生成 SM3 摘要值。
  • data：待计算的字符串。
  • 返回值：返回生成的 SM3 摘要值（十六进制字符串）。

作用： SM3 摘要算法用于校验数据完整性，如文件完整性校验、数据签名等。

实际开发场景： 在政务和金融系统中，SM3 常用于对敏感数据进行摘要计算，确保数据传输过程中的完整性。

4. 对称加密 SM4

SM4 是国密标准的对称加密算法，支持 ECB 和 CBC 加密模式。

使用随机生成的密钥进行加密和解密

import cn.hutool.crypto.SmUtil;
import cn.hutool.crypto.symmetric.SymmetricCrypto;
import cn.hutool.core.util.CharsetUtil;

public class SmUtilExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建 SM4 加密对象，随机生成密钥
        SymmetricCrypto sm4 = SmUtil.sm4();

        // 待加密的内容
        String content = "test中文";

        // 加密
        String encryptHex = sm4.encryptHex(content);
        System.out.println("加密后的内容: " + encryptHex);

        // 解密
        String decryptStr = sm4.decryptStr(encryptHex, CharsetUtil.CHARSET_UTF_8);
        System.out.println("解密后的内容: " + decryptStr);
    }
}

• SmUtil.sm4()：生成 SM4 对称加密对象，使用随机密钥。

  • 返回值：返回 SymmetricCrypto 对象，支持加密和解密操作。

• SymmetricCrypto.encryptHex(String data)：使用 SM4 算法进行加密，返回十六进制字符串。

  • data：待加密的字符串。
  • 返回值：返回加密后的十六进制字符串。

• SymmetricCrypto.decryptStr(String encryptedData, Charset charset)：使用 SM4 算法进行解密。

  • encryptedData：加密后的十六进制字符串。
  • charset：解码使用的字符集。
  • 返回值：返回解密后的明文字符串。

作用： SM4 对称加密适用于加密存储、数据传输等场景，尤其适合国内应用系统。

使用自定义密钥进行加密和解密

import cn.hutool.crypto.SmUtil;
import cn.hutool.crypto.symmetric.SM4;
import cn.hutool.crypto.symmetric.SymmetricCrypto;
import cn.hutool.core.util.CharsetUtil;
import cn.hutool.crypto.KeyUtil;

public class SmUtilExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 自定义密钥
        byte[] key = KeyUtil.generateKey(SM4.ALGORITHM_NAME, 128).getEncoded();

        // 创建 SM4 加密对象
        SymmetricCrypto sm4 = SmUtil.sm4(key);

        // 待加密的内容
        String content = "test中文frfewrewrwerwer---------------------------------------------------";

        // 加密
        String encryptHex = sm4.encryptHex(content);
        System.out.println("加密后的内容: " + encryptHex);

        // 解密
        String decryptStr = sm4.decryptStr(encryptHex, CharsetUtil.CHARSET_UTF_8);
        System.out.println("解密后的内容: " + decryptStr);
    }
}

• SmUtil.sm4(byte[] key)：使用自定义密钥生成 SM4 加密对象。
  • key：自定义密钥字节数组。
  • 返回值：返回 SymmetricCrypto 对象，支持加密和解密操作。

作用： 用户可以根据实际需求生成并使用自定义密钥，确保密钥管理的灵活性。