SM2密钥生成法及相关方法、计算机设备和存储介质技术

本发明专利技术提供了一种SM2密钥生成法以及相应的公钥恢复方法、数字签名生成方法、数字签名验证方法、数据加密方法、数据解密方法，并提供相应的计算机设备和计算机可读存储介质，所述SM2密钥生成法包括步骤：步骤一，步骤二和/或步骤三，其中，步骤一.建立系统参数；步骤二.基于所述系统参数，生成用户签名私钥ds

【技术实现步骤摘要】
SM2密钥生成法及相关方法、计算机设备和存储介质


[0001]本专利技术涉及信息安全
，尤其涉及一种SM2密钥生成法及相关方法、计算机设备和存储介质。

技术介绍

[0002]SM2密码算法是国家密码管理局发布的一种公钥密码算法。传统的基于证书的公钥基础设施(Public Key Infrastructure，PKI)体系，是使用数字证书，由可信第三方将公钥、用户身份信息和可辨别标识关联的系统。
[0003]然而，使用基于证书的PKI体系，证书管理对用户端的计算设备有较高的要求，在车辆网、物联网等应用场景中，使用基于证书的PKI体系会给用户端的计算设备带来较大的运算开销。为此，基于标识的密码算法体系使用用户的可辨别标识作为用户公钥，如国家密码管理局发布的SM9标识密码算法，以简化证书管理。但是，SM9标识密码算法本身对计算开销要求也较高。
[0004]为克服证书管理以及SM9标识密码算法中的高计算开销，本专利技术提供一种基于用户标识和密钥生成中心(key generation center，KGC)为用户生成SM2密钥以及签名验证、加解密的方法，使用SM2公钥算法并简化证书管理带来的高计算开销。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种SM2密钥生成法及相关方法、计算机设备和存储介质，以解决上述证书管理以及SM9标识密码算法中的高计算开销的问题。
[0006]本专利技术提供的SM2密钥生成法，包括步骤：步骤一，步骤二和/或步骤三，
[0007]其中，
[0008]步骤一.建立系统参数；
[0009]步骤二.基于所述系统参数，生成用户签名私钥ds
A
；
[0010]步骤三.基于所述系统参数，生成用户加密私钥de
A
。
[0011]进一步，所述步骤一包括如下步骤：
[0012]S11.用户和密钥生成中心KGC共享SM2算法的椭圆曲线E(Fq)参数G和n，其中，E(Fq)为定义在有限域Fq上的椭圆曲线，G表示所述椭圆曲线E(Fq)上阶为n的基点，n为素数；
[0013]S12.由所述密钥生成中心KGC生成系统主私钥ms和系统主公钥P
Pub
，其中，系统主公钥P
Pub
＝[ms]×
G，方括号[]的含义代表所述椭圆曲线E(Fq)上的倍点运算，所述系统主公钥P
Pub
是所述椭圆曲线E(Fq)上的点，后面各计算式中的方括号[]的含义均代表所述椭圆曲线E(Fq)上的倍点运算；
[0014]S13.由所述密钥生成中心KGC随机选择第一私钥生成符kid0∈[1,n
‑
1]和第二私钥生成符kid1∈[1,n
‑
1]，并且kid0和kid1不相等；
[0015]S14.所述密钥生成中心KGC公开所述系统主公钥P
Pub
、第一私钥生成符kid0和第二私钥生成符kid1。
[0016]进一步，所述步骤二包括如下步骤：
[0017]S21.所述用户产生第一随机数r
A
∈[1,n
‑
1]，计算U
A
＝[r
A
]×
G；
[0018]S22.所述用户将所述U
A
和所述用户的可辨别标识ID
A
提交给所述密钥生成中心KGC；；
[0019]S23.所述密钥生成中心KGC使用所述系统主私钥ms计算第一部分密钥值t
A
和第一公钥恢复数据W
A
，并将所述第一部分密钥值t
A
和第一公钥恢复数据W
A
发送给所述用户，并向所述用户返回第一密文Cipher1或第二密文Cipher2；
[0020]S24.所述用户收到所述第一密文Cipher1或第二密文Cipher2，解密后得到所述第一部分密钥值t
A
和所述第一公钥恢复数据W
A
，计算H
A
＝H
256
(ENTL
A
‖ID
A
‖x
Pub
‖y
Pub
)和h
A
＝H
256
(x
W
‖y
W
‖H
A
)，计算所述用户签名私钥ds
A
＝(h
A
×
t
A
+r
A
)mod n，保存用户签名私钥ds
A
和第一公钥恢复数据W
A
，其中，H
256
为输出为256比特的杂凑函数；ENTL
A
为2个字节表示的所述可辨别标识ID
A
的字节长度；‖表示字节串的拼接；x
Pub
，y
Pub
为所述系统主公钥P
Pub
的坐标；x
W
，y
W
为所述第一公钥恢复数据W
A
的坐标；x mod y代表x对y的求余运算。
[0021]进一步，所述步骤S23中，所述计算包括如下步骤：
[0022]A1.计算所述H
A
＝H
256
(ENTL
A
‖ID
A
‖x
Pub
‖y
Pub
)，并转换为字节串；
[0023]A2.生成第二随机数w∈[1，n
‑
1]；
[0024]A3.计算所述第一公钥恢复数据W
A
＝[w]×
G+U
A
+[kid0]×
P
pub
；
[0025]A4.计算所述h
A
＝H
256
(x
W
‖y
W
‖H
A
)，并转换为字节串；
[0026]A5.将所述h
A
转换为整数，如果转换为整数后为0，则转至所述步骤A2；
[0027]A6.计算所述第一部分密钥值t
A
＝(h
A
‑1×
(w+kid0×
ms)+kid0×
ms)modn，然后所述密钥生成中心KGC将所述第一部分密钥值t
A
和所述第一公钥恢复数据W
A
发送给所述用户，其中，包括发送方法B或发送方法C，
[0028]所述发送方法B包括如下步骤：
[0029]B1.计算K＝[ms]×
U
A
，第一密钥k＝KDF(x
K
||y
K
，128)，其中，x
K
，y
K
为K的坐标，KDF是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.SM2密钥生成法，其特征在于，包括步骤：步骤一，步骤二和/或步骤三，其中，步骤一.建立系统参数；步骤二.基于所述系统参数，生成用户签名私钥ds
A
；步骤三.基于所述系统参数，生成用户加密私钥de
A
。2.根据权利要求1所述的SM2密钥生成法，其特征在于，所述步骤一包括如下步骤：S11.用户和密钥生成中心KGC共享SM2算法的椭圆曲线E(Fq)参数G和n，其中，E(Fq)为定义在有限域Fq上的椭圆曲线，G表示所述椭圆曲线E(Fq)上阶为n的基点，n为素数；S12.由所述密钥生成中心KGC生成系统主私钥ms和系统主公钥P
Pub
，其中，系统主公钥P
Pub
＝[ms]
×
G，方括号[]的含义代表所述椭圆曲线E(Fq)上的倍点运算，所述系统主公钥P
Pub
是所述椭圆曲线E(Fq)上的点，后面各计算式中的方括号[]的含义均代表所述椭圆曲线E(Fq)上的倍点运算；S13.由所述密钥生成中心KGC随机选择第一私钥生成符kid0∈[1,n
‑
1]和第二私钥生成符kid1∈[1,n
‑
1]，并且kid0和kid1不相等；S14.所述密钥生成中心KGC公开所述系统主公钥P
Pub
、第一私钥生成符kid0和第二私钥生成符kid1。3.根据权利要求2所述的SM2密钥生成法，其特征在于，所述步骤二包括如下步骤：S21.所述用户产生第一随机数r
A
∈[1,n
‑
1]，计算U
A
＝[r
A
]
×
G；S22.所述用户将所述U
A
和所述用户的可辨别标识ID
A
提交给所述密钥生成中心KGC；；S23.所述密钥生成中心KGC使用所述系统主私钥ms计算第一部分密钥值t
A
和第一公钥恢复数据W
A
，并将所述第一部分密钥值t
A
和第一公钥恢复数据W
A
发送给所述用户，并向所述用户返回第一密文Cipher1或第二密文Cipher2；S24.所述用户收到所述第一密文Cipher1或第二密文Cipher2，解密后得到所述第一部分密钥值t
A
和所述第一公钥恢复数据W
A
，计算H
A
＝H
256
(ENTL
A
‖ID
A
‖x
Pub
‖y
Pub
)和h
A
＝H
256
(x
W
‖y
W
‖H
A
)，计算所述用户签名私钥ds
A
＝(h
A
×
t
A
+r
A
)mod n，保存用户签名私钥ds
A
和第一公钥恢复数据W
A
，其中，H
256
为输出为256比特的杂凑函数；ENTL
A
为2个字节表示的所述可辨别标识ID
A
的字节长度；‖表示字节串的拼接；x
Pub
，y
Pub
为所述系统主公钥P
Pub
的坐标；x
W
，y
W
为所述第一公钥恢复数据W
A
的坐标；x mod y代表x对y的求余运算。4.根据权利要求3所述的SM2密钥生成法，其特征在于，所述步骤S23中，所述计算包括如下步骤：A1.计算所述H
A
＝H
256
(ENTL
A
‖ID
A
‖x
Pub
‖y
Pub
)，并转换为字节串；A2.生成第二随机数w∈[1，n
‑
1]；A3.计算所述第一公钥恢复数据W
A
＝[w]
×
G+U
A
+[kid0]
×
P
pub
；A4.计算所述h
A
＝H
256
(x
W
‖y
W
‖H
A
)，并转换为字节串；A5.将所述h
A
转换为整数，如果转换为整数后为0，则转至所述步骤A2；A6.计算所述第一部分密钥值t
A
＝(h
A
‑1×
(w+kid0×
ms)+kid0×
ms)mod n，然后所述密钥生成中心KGC将所述第一部分密钥值t
A
和所述第一公钥恢复数据W
A
发送给所述用户，其中，包括发送方法B或发送方法C，所述发送方法B包括如下步骤：
B1.计算K＝[ms]
×
U
A
，第一密钥k＝KDF(x
K
||y
K
，128)，其中，x
K
，y
K
为K的坐标，KDF是密钥派生函数，所述第一密钥k是通过所述密钥派生函数生成的128比特的字节串；B2.将所述第一部分密钥值t
A
和第一公钥恢复数据W
A
的坐标x
W
、y
W
按照转换为字节串；B3.使用所述第一密钥k和SM4密码算法对明文t
A
||x
W
||y
W
进行加密得到所述第一密文Cipher1＝SM4_ENC(k，t
A
||x
W
||y
W
)，并将所述第一密文Cipher1发送给所述用户，其中，SM4_ENC(k，t
A
||x
W
||y
W
)表示使用SM4加密算法和128比特的所述第一密钥k，对所述明文t
A
||x
W
||y
W
进行加密计算并输出密文；所述发送方法C包括如下步骤：C1.将所述第一部分密钥值t
A
和第一公钥恢复数据W
A
的坐标x
W
、y
W
转换为字节串；C2.使用所述U
A
作为第三公钥，并使用SM2加密算法对明文t
A
||x
W
||y
W
进行加密后得到所述第二密文Cipher2＝SM2_ENC(U
A
，t
A
||x
W
||y
W
)，并将所述第二密文Cipher2发送给所述用户，其中，SM2_ENC(U
A
，t
A
||x
W
||y
W
)表示使用SM2加密算法和所述第三公钥U
A
，对所述明文t
A
||x
W
||y
W
进行加密计算并输出密文，所述步骤S24中，在进行所述解密时，若所述步骤S23中使用所述发送方法B，则解密方法为方法D，所述方法D包括如下步骤：D1.计算K
’
＝[r
A
]
×
P
Pub
，第二密钥k
’
＝KDF(x
K
’
||y
K
’
，128)，其中，x
K
’
，y
K
’
为K
’
的坐标，所述第二密钥k
’
是通过所述密钥派生函数生成的128比特的字节串；D2.使用所述第二密钥k
’
和SM4密码算法对所述第一密文Cipher1进行解密得到明文：t
A
||x
W
||y
W
＝SM4_DEC(k
’
，Cipher1)，其中，SM4_DEC(k
’
，Cipher1)表示使用所述SM4解密算法和128比特的所述第二密钥k
’
，对所述第一密文Cipher1进行解密计算并输出明文；D3.将所述第一部分密钥值t
A
和第一公钥恢复数据W
A
的坐标x
W
、y
W
转换为整数，从而解密得到所述第一部分密钥值t
A
和所述第一公钥恢复数据W
A
；若所述步骤S23中使用所述发送方法C，则解密方法为方法E，所述方法E包括如下步骤：E1.使用所述第一随机数r
A
作为第一私钥，并使用SM2解密算法对所述第二密文Cipher2进行解密后得到明文：t
A
||x
W
||y
W
＝SM2_DEC(r
A
，Cipher2)；其中，SM2_DEC(r
A
，Cipher2)表示使用所述SM2解密算法和第一私钥r
A
，对所述第二密文Cipher2进行解密计算并输出明文；E2.将所述第一部分密钥值t
A
和第一公钥恢复数据W
A
的坐标x
W
、y
W
转换为整数，从而解密得到所述第一部分密钥值t
A
和所述第一公钥恢复数据W
A
。5.根据权利要求4所述的SM2密钥生成法，其特征在于，所述步骤三包括如下步骤：S31.所述用户产生一个第三随机数rr
A
∈[1,n
‑
1]，计算UU
A
＝[rr
A
]
×
G；S32.所述用户将所述UU
A
和所述用户的可辨别标识ID
A
提交给所述密钥生成中心KGC；S33.所述密钥生成中心KGC使用所述系统主私钥ms计算第二部分签名密钥值tt
A
和第二公钥恢复数据WW
A
，并将所述第二部分签名密钥值tt
A
和第二公钥恢复数据WW
A
发送给所述用户，并向所述用户返回第三密文Cipher3或第四密文Cipher4；S34.用户收到所述第三密文Cipher3或第四密文Cipher4，解密后得到所述第二部分签名密钥值tt
A
和第二公钥恢复数据WW
A
，计算hh
A
＝H
256
(x
WW
‖y
WW
‖H
A
)，再计算所述用户加密私钥de
A<...

【专利技术属性】
技术研发人员：封维端，袁峰，张立圆，
申请(专利权)人：北京无字天书科技有限公司，
类型：发明
国别省市：