国密算法入门：SM2/SM3/SM4/SM9/ZUC 是什么、谁在用、怎么落地

国密是什么

国密算法 = 中国国家密码管理局发布的商用密码（SM = 商密）算法标准集。它不是一套新密码学理论——算法原理与国际算法同源（椭圆曲线、杂凑、分组密码），而是由中国主导设计的标准实现，用于密码自主可控与合规场景。

日常说的「上国密」，多半是指 SM2 + SM3 + SM4 三件套；SM9、ZUC 出现在标识密码与移动通信等专用栈里。标准号怎么读（GM/T、GB/T、ISO、RFC）见姊妹篇《国密标准号速查》。

五个算法各自管什么

开发者日常打交道的主要是前三个。把 SM3 当「加密」、用 SM2 加密大报文，是选型阶段最常见的两类走偏——下文决策树会卡住这两类错误。

与国际算法的对应关系

签名/加密层： RSA, ECDSA  ←→  SM2（256 位椭圆曲线）
摘要层：      SHA-256     ←→  SM3（256 位输出）
对称加密层：  AES-128     ←→  SM4（128 位分组/密钥）
组合套件：    TLS-RSA/AES ←→  TLCP 或 RFC 8998 ShangMi 套件

安全强度等价换算（心里有数即可）：

• SM2 256 位 ≈ RSA 3072 位
• SM3 ≈ SHA-256
• SM4 ≈ AES-128

「等价」指量级可比，不表示可以互相替代：合规名单写 SM3 时，SHA-256 再强也对不上验收。

选型决策树：先角色，再算法

按业务问题选角色，再落到算法——不要先挑「听过名字的那个」：

1. 要可逆保密（加密后还能解密）
   • 大量/流式数据 → SM4（对称）
   • 短密钥、短令牌、信封加密的「外层」→ SM2 公钥加密（明文不宜很长）
2. 只要完整性 / 防篡改指纹 → SM3（无密钥、不可逆；不是加密）
3. 要身份绑定的不可否认 → SM2 签名（摘要通常由 SM3 参与构造）
4. 传输层整条链路国密化 → 协议层（TLCP 或 ShangMi TLS），不是在业务 JSON 里各调一次算法就完事——见《国密 HTTPS / TLCP 部署》

一个典型国密接口在一次请求里常常三件套并用：SM4 加密报文体 → SM3 做摘要 → SM2 签摘要。联调细节与排查顺序见《SM2/SM3/SM4 实战》。

谁在用国密

1. 政务：电子签章、电子证照、政务云（GB/T 38540 等一串国标围着国密转）
2. 金融：银行核心系统改造、银联标准、数字货币相关
3. 等保 2.0：三级及以上系统被要求使用商用密码（这是最普遍的驱动力）
4. 央企/关键基础设施：能源、交通、水利的信息化
5. 密评：《商用密码应用安全性评估》过评要求算法合规

互联网 ToC 业务一般无硬性国密名单；驱动力来自合同、行业监管或等保/密评条款。

两条协议线：TLCP 与 RFC 8998

很多人把「国密 HTTPS」当成一个东西，实际是两条并行路径：

算法层（SM2/SM3/SM4 原语）与协议层（握手、证书、套件协商）要分开验收：原语向量对了，不代表 TLCP 已通。部署步骤见国密 TLS 指南；标准号对照见标准号速查。

开发者怎么落地：分层视角

应用层（Java/Go/Node/前端）

• Java：BouncyCastle（SM2/SM3/SM4 在 org.bouncycastle.crypto.engines）或 hutool 的 SmUtil
• 前端/Node：sm-crypto（纯 JS，加解密/签名）
• Go：github.com/tjfoc/gmssl、github.com/emmansun/gmsm

协议层（HTTPS 国密化）

标准 OpenSSL 主线不支持国密 TLS。可选：

• Tongsuo（铜锁，原 BabaSSL）：蚂蚁开源，兼容 OpenSSL 语法，支持国密相关能力与双证书思路
• GmSSL：北大开源，国密 TLS（TLCP 协议线）
• 双证书 / 双栈过渡：SM2 证书与 RSA/国际栈并行，按客户端能力协商——过渡期常见做法

硬件层

生产密钥管理要求「通过国密局认证的密码产品」：PCI-E 密码卡、UKey、云密码机（云厂商的 KMS 国密版）。应用层 JS/软件实现适合开发联调，生产签名私钥不应离开密码硬件——这是密评的硬要求。

系统级选型矩阵（合规优先，性能其次）

• SM2 vs RSA/ECDSA：同类非对称替换。SM2 密钥更短，强度量级接近 P-256 / RSA-3072 区间；有没有国密名单，决定能不能继续用 RSA。
• SM3 vs SHA-256：摘要「同构不同标准」。无合规压力时跟对接方约定即可；有名单则只能 SM3。对照见《SM3 和 SHA-256》。
• SM4 vs AES：同为 128 位分组密码。库对 SM4 的 GCM 支持与硬件加速（AES-NI 普及、SM4 指令偏国产芯片）历史上常落后于 AES——大规模吞吐场景常见「边界 SM2/SM3 合规、内部 AES」的混合架构，是否允许取决于测评口径与合同，而不是个人偏好。

选型顺序建议：监管/合同名单 → 对端已实现的算法与模式 → 再谈性能。反过来容易做完才发现「算法对了、模式/证书栈错了」。

密钥管理：密评真正卡分的地方

算法写进文档只是入场券；现场发现常集中在密钥：

• 源码或配置里硬编码密钥
• 权限过宽的共享磁盘密钥文件
• 上线后从不轮换
• 在普通业务机上生成「满足密评」的签名私钥（缺少认证产品）

整改阶梯通常是：环境注入密钥（天级）→ 集中密钥管理（周级）→ 认证密码硬件生成与保管（密评高要求场景）。浏览器里生成的测试密钥只证明流程，不证明合规。

用在线工具理解算法行为——以及诚实边界

读十遍文档不如跑一次加解密。本站国密工具在浏览器本地计算，输入不上传，定位是学习、向量核对、联调对照：

• SM2 加解密与签名：密钥对 → 加密 → 解密 → 签名 → 验签；密文结构为 C1C3C2（GB/T 32918.4 推荐顺序）。老系统若是 C1C2C3，两边不互通——先对齐格式再骂算法。
• SM3 哈希计算器：标准向量 SM3("abc") = 66c7f0f4...；摘要对不上时优先查 UTF-8/GBK 与不可见字符。
• SM4 加解密：支持 ECB/CBC + PKCS#7。适合验证密钥/模式/编码；不覆盖 RFC 8998 的 SM4-GCM/CCM，也不能代替 TLCP 握手调试。

三件套联调流程与密文对不上时的排查顺序，见实战指南。

新手最常问的三个问题

Q：国密算法安全吗？还是「弱化的国产算法」？
SM2/SM3/SM4 设计经过公开国际评审（SM4 曾在 IETF RFC 8998 相关语境中作为 ShangMi 套件的组成部分被引用），公开文献中未见可实用的结构性击破。「国密=弱密码」是误解；真正的风险更常出在密钥管理、模式误用（如生产长期 ECB）和协议栈配错。

Q：我司系统必须上国密吗？
看两个信号：等保级别（三级以上基本跑不掉）+ 行业监管（政务/金融/央企）。互联网 ToC 业务一般无硬性要求。

Q：改造工作量多大？
分三档：只换算法层（代码里 RSA→SM2 调用替换）约人天级；协议层国密 TLS（Tongsuo + 国密证书）约人周级；完整密评合规（密码硬件 + 管理制度）是人月级工程。

排查清单

1. 分清三件套定位：SM2 签名/短密文加密 / SM3 摘要 / SM4 对称加密
2. 合规判断：等保三级 + 政务/金融 → 算法名单通常点名国密
3. 分清算法层与协议层：原语向量对 ≠ TLCP/ShangMi 已通
4. 联调先用在线工具固定测试向量，再查编码、密文顺序、模式与 IV
5. 生产私钥进认证密码产品；软件实现只做开发验证
6. 文档引用优先 GB/T 号；旧 GM/T 号与 GB/T 多半是同一算法的不同年代版本

排查注记

决策树按「先角色、再算法」设计，文内明说是为了卡住两类最常见的走偏——把 SM3 当「加密」、用 SM2 加密大报文。安全强度等价表特意补了一句「不表示可以互相替代」：合规名单写 SM3 时，SHA-256 再强也对不上验收，所以选型顺序定为名单 → 对端实现 → 性能。协议一节把 TLCP 和 RFC 8998 拆成两条线，并反复强调算法层与协议层分开验收——原语向量对了不代表 TLCP 已通；密钥管理一节开头就点破：算法写进文档只是入场券，密评现场发现常集中在密钥。

来自 ToolVault 工具匣 的开发手记。相关工具：SM2 加解密与签名、SM3 哈希、SM4 加解密。相关阅读：国密标准号速查、国密 HTTPS / TLCP、SM2/SM3/SM4 实战、SM2 和 RSA 怎么选、SM3 和 SHA-256 的区别。访问 首页 查看更多开发者工具。