在前面文章我们已经可以制作SM2证书了，主要应用了SM2签名验证算法和SM3摘要算法，在本文中主要介绍SM2公钥加密算法。这里我们使用SM2数字证书来做SM2非对称加密，然后使用硬件加密设备做解密，比如加密文件只能由指定的智能密码钥匙UKey才能解开。

SM2加密算法

SM2加密同样使用接收方公钥加密，公钥由一个曲线坐标点组成，在X.509证书中的共钥表示为04标记开始的2个32byte的BigInteger，即曲线点P（x,y）。SM2公钥加密算法比RSA相对复杂，加密结果由3个部分组成，SM2加密过程中使用了随机数，因此同样的明文数据每一次加密结果都不一样。SM2加密算法流程如下图所示。

根据国密推荐的SM2椭圆曲线公钥密码算法，首先产生随机数计算出曲线点C1，2个32byte的BigInteger大数，即为SM2加密结果的第1部分。第2部分则是真正的密文，是对明文的加密结果，长度和明文一样。第3部分是杂凑值，用来效验数据。按国密推荐的256位椭圆曲线，明文加密结果比原长度会大96byte。

SM2加密算法同样也可以基于使用BouncyCastle库实现。一般使用数字证书来标识身份，同时使用证书中公钥加密数据。如下SM2Cipher类是C#下SM2软算法实现。

SM2Cipher.cs
  1public class SM2Cipher
  2...{
  3        private int ct = 1;
  4
  5        private ECPoint p2;
  6        private SM3Digest sm3keybase;
  7        private SM3Digest sm3c3;
  8
  9        private byte[] key = new byte[32];
 10        private byte keyOff = 0;
 11
 12        public SM2Cipher() ...{ }
 13
 14
 15
 16        private void Reset()
 17        ...{
 18            sm3keybase = new SM3Digest();
 19            sm3c3 = new SM3Digest();
 20
 21            byte[] p;
 22
 23            p = p2.X.ToBigInteger().ToByteArrayUnsigned();
 24            sm3keybase.BlockUpdate(p, 0, p.Length);
 25            sm3c3.BlockUpdate(p, 0, p.Length);
 26
 27            p = p2.Y.ToBigInteger().ToByteArrayUnsigned();
 28            sm3keybase.BlockUpdate(p, 0, p.Length);
 29
 30            ct = 1;
 31            NextKey();
 32        }
 33
 34        private void NextKey()
 35        ...{
 36            SM3Digest sm3keycur = new SM3Digest(sm3keybase);
 37            sm3keycur.Update((byte)(ct >> 24 & 0x00ff));
 38            sm3keycur.Update((byte)(ct >> 16 & 0x00ff));
 39            sm3keycur.Update((byte)(ct >> 8 & 0x00ff));
 40            sm3keycur.Update((byte)(ct & 0x00ff));
 41            sm3keycur.DoFinal(key, 0);
 42            keyOff = 0;
 43            ct++;
 44        }
 45
 46        public virtual ECPoint InitEncipher(ECPoint userKey)
 47        ...{
 48            BigInteger k = null;
 49            ECPoint c1 = null;
 50
 51            if (1==1)
 52            ...{
 53                AsymmetricCipherKeyPair key = SM2CryptoServiceProvider.SM2KeyPairGenerator.GenerateKeyPair();
 54                ECPrivateKeyParameters ecpriv = (ECPrivateKeyParameters)key.Private;
 55                ECPublicKeyParameters ecpub = (ECPublicKeyParameters)key.Public;
 56
 57                k = ecpriv.D;
 58                c1 = ecpub.Q;
 59            }
 60
 61            p2 = userKey.Multiply(k);
 62            Reset();
 63
 64            return c1;
 65
 66        }
 67
 68        public virtual void Encrypt(byte[] data)
 69        ...{
 70            sm3c3.BlockUpdate(data, 0, data.Length);
 71            for (int i = 0; i < data.Length; i++)
 72            ...{
 73                if (keyOff == key.Length)
 74                    NextKey();
 75
 76                data[i] ^= key[keyOff++];
 77            }
 78        }
 79
 80        public virtual void InitDecipher(BigInteger userD, ECPoint c1)
 81        ...{
 82            p2 = c1.Multiply(userD);
 83            Reset();
 84        }
 85
 86        public virtual void Decrypt(byte[] data)
 87        ...{
 88            for (int i = 0; i < data.Length; i++)
 89            ...{
 90                if (keyOff == key.Length)
 91                    NextKey();
 92
 93                data[i] ^= key[keyOff++];
 94            }
 95            sm3c3.BlockUpdate(data, 0, data.Length);
 96        }
 97
 98        public virtual void Dofinal(byte[] c3)
 99        ...{
100            byte[] p = p2.Y.ToBigInteger().ToByteArrayUnsigned();
101            sm3c3.BlockUpdate(p, 0, p.Length);
102            sm3c3.DoFinal(c3, 0);
103            Reset();
104        }
105
106
107        /**//// <summary>
108        /// 使用SM2公钥加密数据
109        /// </summary>
110        /// <param name="pubKey"></param>
111        /// <param name="plaintext"></param>
112        /// <returns></returns>
113        public string Encrypt(ECPoint pubKey, byte[] plaintext)
114        ...{
115
116            byte[] data = new byte[plaintext.Length];
117            Array.Copy(plaintext, data, plaintext.Length);
118
119            ECPoint c1 = InitEncipher(pubKey);
120            Encrypt(data);
121
122            byte[] c3 = new byte[32];
123            Dofinal(c3);
124
125            string hexString = c1.X.ToBigInteger().ToString(16) + c1.Y.ToBigInteger().ToString(16)
126                + Org.BouncyCastle.Utilities.Encoders.Hex.ToHexString(data)
127                + Org.BouncyCastle.Utilities.Encoders.Hex.ToHexString(c3);
128
129            return hexString;
130
131        }
132
133        /**//// <summary>
134        /// 使用SM2解密数据
135        /// </summary>
136        /// <param name="privateKey"></param>
137        /// <param name="ciphertext"></param>
138        /// <returns></returns>
139        public byte[] Decrypt(BigInteger privateKey, string ciphertext)
140        ...{
141
142            string hexString = ciphertext;
143            string c1X = hexString.Substring(0, 64);
144            string c1Y = hexString.Substring(0 + c1X.Length, 64);
145            string encrypData = hexString.Substring(c1X.Length + c1Y.Length, hexString.Length - c1X.Length - c1Y.Length - 64);
146            string c3 = hexString.Substring(hexString.Length - 64);
147
148            byte[] data = SM2CryptoServiceProvider.StrToToHexByte(encrypData);
149
150            ECPoint c1 = CreatePoint(c1X, c1Y);
151            
152            InitDecipher(privateKey, c1);
153            Decrypt(data);
154
155            byte[] c3_ = new byte[32];
156            Dofinal(c3_);
157
158            string decryptData = Encoding.Default.GetString(data);
159            bool isDecrypt = Org.BouncyCastle.Utilities.Encoders.Hex.ToHexString(c3_) == c3;
160
161            return (isDecrypt ? data : new byte[0]);
162        }
163
164
165        /**//// <summary>
166        /// 创建坐标点
167        /// </summary>
168        /// <param name="x"></param>
169        /// <param name="y"></param>
170        /// <returns></returns>
171        public static ECPoint CreatePoint(string x, string y)
172        ...{
173
174            BigInteger biX = new BigInteger(x, 16);
175            BigInteger biY = new BigInteger(y, 16);
176            ECFieldElement fx = new FpFieldElement(SM2CryptoServiceProvider.ecc_p, biX);
177            ECFieldElement fy = new FpFieldElement(SM2CryptoServiceProvider.ecc_p, biY);
178            ECPoint point = new FpPoint(SM2CryptoServiceProvider.ecc_curve, fx,fy);
179            return point;
180        }
181
182
183
184}

SM2解密算法

SM2解密算法是加密逆运算。首先需要从密文中取出加密结果的3部分值，然后通过私钥计算出 M'明文值，最后效验数据。SM2解密算法流程如下图所示。 

 SM2解密同样也可以使用软算法实现。但因为涉及到私钥运算，为保护私钥安全，建议在硬件设备中运行，例如UKey等存储介质这样可以更好的保护密钥安全。拿文件加密来说，首先拿UKey里面的加密证书加密，这部分可在应用系统内完成。解密的话则需要加密证书对应UKey才能做解密，由应用系统调用UKey解密接口，在物理硬件内完成数据解密，同时可以受设备Ping码保护。

附：SM2算法加解密在线测试工具