文章目录
- [一、 SM3概述](#一、 SM3概述)
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- [SM3 的主要特点：](#SM3 的主要特点：)
- [SM3 与其他哈希算法的比较：](#SM3 与其他哈希算法的比较：)
- [SM3 的应用场景：](#SM3 的应用场景：)
- [SM3 的工作原理：](#SM3 的工作原理：)
- [SM3 算法的安全性分析：](#SM3 算法的安全性分析：)
- 总结：
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- 二、代码示例
一、 SM3概述
SM3 是中国国家密码算法标准之一，属于国密算法（SM系列）中的哈希算法。它的全称是"国家商用密码算法 SM3"，主要用于数字签名、信息认证、数据完整性校验等领域。SM3 被广泛应用于中国国内的金融、电力、通信等行业，以确保数据的安全性与完整性。
SM3 的主要特点：
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哈希算法 ：
SM3 是一种加密哈希函数（也叫消息摘要算法），输入数据（无论是文本、文件还是其他格式）后，生成一个固定长度的输出，通常用于数据校验和数字签名等场景。
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固定输出长度 ：
SM3 会对任何长度的输入数据进行处理，输出一个固定长度的哈希值------256位（32字节），即"256-bit hash value"。这意味着，不管输入数据的大小如何，SM3 总是产生相同大小的输出。
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不可逆性 ：
SM3 算法的一个基本特性是不可逆性，即无法从输出的哈希值反推出原始数据。换句话说，它是一个单向函数。
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抗碰撞性 ：
SM3 算法设计时考虑了抗碰撞攻击，即两个不同的输入数据生成相同哈希值的概率非常低。这是哈希算法的重要特性，能确保数据的一致性。
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抗篡改性 ：
由于 SM3 是一种加密哈希函数，它能够有效地验证数据的完整性。如果输入数据发生任何微小变化，SM3 生成的哈希值就会发生大幅度变化，从而可以检测数据是否被篡改。
SM3 与其他哈希算法的比较：
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与 SHA-256 比较 ：
SM3 与国际上广泛使用的哈希算法 SHA-256 在输出长度和应用上有相似之处，但 SM3 是专为中国密码标准设计的，它采用了不同的数学方法和结构。在安全性上，SM3 具有与 SHA-256 相似的抗碰撞性和抗预映像攻击性。
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与 MD5 和 SHA-1 比较 ：
MD5 和 SHA-1 已被发现存在严重的安全漏洞，不再适用于要求高安全性的场合。相比之下，SM3 作为一个相对较新的标准，其设计考虑了现代的密码学需求，具有更强的安全性。
SM3 的应用场景：
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数字签名 ：
在数字签名过程中，SM3 用于对消息或文件进行哈希处理，生成摘要。随后，使用私钥对哈希值进行签名，接收方则用公钥验证签名的合法性。通过这种方式，SM3 确保签名与数据的完整性和一致性。
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数据完整性校验 ：
在文件传输、存储等场景中，SM3 用于生成数据的哈希值。接收方可以通过重新计算数据的哈希值，确保数据在传输过程中没有被篡改。
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密码协议 ：
SM3 被广泛应用于中国的密码学协议中，例如电子支付、金融交易、电子商务等领域。它能够确保传输的数据安全、完整和可信。
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密钥生成与验证 ：
SM3 在某些密钥交换协议中也可以用于生成和验证密钥，确保密钥的安全性。
SM3 的工作原理：
SM3 的工作流程包括多个步骤，主要包括以下几个：
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消息填充 ：
输入的消息首先需要进行填充，确保消息的长度满足特定的要求。SM3 填充后，消息的长度是 512 的倍数，并附加上原始消息的长度信息。
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分组处理 ：
填充后的消息被分成多个 512 位的块，每个块依次进行处理。
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初始化向量 ：
SM3 使用 8 个 32 位的常量作为初始值。每个消息块通过这些常量进行多轮运算，产生中间结果。
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压缩函数 ：
SM3 使用一种压缩函数，将消息块和前一个块的处理结果结合在一起进行哈希计算，逐步将信息压缩成一个固定长度的哈希值。
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输出摘要 ：
经过多轮压缩函数的计算后，最终输出 256 位的哈希值。
SM3 算法的安全性分析：
SM3 是基于 Merkle-Damgård 结构的哈希算法，具有较好的安全性。根据目前的研究结果，SM3 在抗碰撞、抗预映像攻击、抗第二原像攻击等方面具有很强的安全性。SM3 作为国密算法的核心之一，符合中国的密码学安全标准，已经通过了相关的安全评估。
总结：
SM3 是中国国家密码算法中的重要一员，主要用于保证数据完整性和安全性。作为一种高效的加密哈希函数，它在数字签名、数据校验、密码协议等多个领域中得到了广泛应用。通过其独特的设计和强大的安全性，SM3 在国内外的安全通信和数据保护中起到了重要作用。
二、代码示例
以下是使用 OpenSSL 实现 SM3 算法的示例代码。SM3 是一种中国国家密码标准的哈希算法，类似于 SHA-256。OpenSSL 的部分版本支持 SM3 算法（需要支持国密的 OpenSSL）。
示例代码
c
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <openssl/evp.h>
void sm3_hash_example() {
// 待计算哈希的输入数据
const char *message = "Hello, SM3!";
unsigned char hash[EVP_MAX_MD_SIZE]; // 存储哈希结果
unsigned int hash_len = 0; // 存储哈希长度
// 创建 OpenSSL 的 EVP_MD 结构，表示 SM3 算法
const EVP_MD *md = EVP_sm3();
// 检查是否支持 SM3 算法
if (md == NULL) {
printf("SM3 algorithm not supported in this OpenSSL build.\n");
return;
}
// 创建上下文
EVP_MD_CTX *mdctx = EVP_MD_CTX_new();
if (mdctx == NULL) {
printf("Failed to create OpenSSL MD context.\n");
return;
}
// 初始化上下文
if (EVP_DigestInit_ex(mdctx, md, NULL) != 1) {
printf("Failed to initialize digest context.\n");
EVP_MD_CTX_free(mdctx);
return;
}
// 添加数据到哈希上下文
if (EVP_DigestUpdate(mdctx, message, strlen(message)) != 1) {
printf("Failed to update digest with message.\n");
EVP_MD_CTX_free(mdctx);
return;
}
// 计算哈希
if (EVP_DigestFinal_ex(mdctx, hash, &hash_len) != 1) {
printf("Failed to finalize digest.\n");
EVP_MD_CTX_free(mdctx);
return;
}
// 输出结果
printf("SM3 Hash of \"%s\":\n", message);
for (unsigned int i = 0; i < hash_len; i++) {
printf("%02x", hash[i]);
}
printf("\n");
// 释放上下文
EVP_MD_CTX_free(mdctx);
}
int main() {
sm3_hash_example();
return 0;
}代码说明
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引入的头文件：
openssl/evp.h：提供了 OpenSSL 的通用加密算法接口。- 需要确保你的 OpenSSL 支持 SM3（国密算法）。
-
核心步骤：
- 调用
EVP_sm3()获取 SM3 算法的句柄。 - 使用
EVP_MD_CTX_new()创建哈希上下文。 - 使用
EVP_DigestInit_ex()初始化 SM3 哈希计算。 - 使用
EVP_DigestUpdate()添加数据。 - 使用
EVP_DigestFinal_ex()完成哈希计算并获取结果。
- 调用
-
结果输出：
- 计算结果是一个二进制哈希值，通常需要以十六进制格式输出。
编译和运行
使用以下命令编译（假设 OpenSSL 安装路径为默认路径）：
bash
gcc -o sm3_example sm3_example.c -lcrypto运行程序：
bash
./sm3_example注意事项
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OpenSSL 版本要求：
- 确保使用的 OpenSSL 版本支持 SM3。SM3 在 OpenSSL 1.1.1 或更高版本中可能需要启用国密支持。
- 可以通过
openssl list -digest-algorithms检查是否支持 SM3。
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国密支持：
- 如果当前 OpenSSL 不支持 SM3，可以使用支持国密的 OpenSSL 分支（如 GmSSL）。
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替代方案：
- 如果无法使用 OpenSSL 支持 SM3，可以考虑其他支持国密的库，如 GmSSL。
运行结果：
