前端Vue使用国密sm2、sm4与后端使用工具类

- 日理万妓 2022-09-08 13:49 338阅读 0赞

# 一、后端（SpringBoot） #

## 1.后端导入国密支持 ##

<dependency>
    	<groupId>org.bouncycastle</groupId>
    	<artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId>
    	<version>1.68</version>
    </dependency>

## 2.国密工具类（sm1算法不公开，这里不涉及、sm2是非对称加密、sm3是信息摘要，类似MD5加密、sm4是对称加密） ##

package com.doctortech.tmc.support.util;
    
    import cn.hutool.core.util.HexUtil;
    import cn.hutool.crypto.BCUtil;
    import cn.hutool.crypto.SmUtil;
    import cn.hutool.crypto.asymmetric.KeyType;
    import cn.hutool.crypto.asymmetric.SM2;
    import org.bouncycastle.crypto.digests.SM3Digest;
    import org.bouncycastle.crypto.engines.SM2Engine;
    import org.bouncycastle.crypto.params.ECPrivateKeyParameters;
    import org.bouncycastle.crypto.params.ECPublicKeyParameters;
    import org.bouncycastle.jcajce.provider.asymmetric.ec.BCECPublicKey;
    import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
    import org.bouncycastle.pqc.math.linearalgebra.ByteUtils;
    import org.bouncycastle.util.encoders.Hex;
    import org.slf4j.Logger;
    import org.slf4j.LoggerFactory;
    
    import javax.crypto.Cipher;
    import javax.crypto.KeyGenerator;
    import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
    import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
    import java.security.SecureRandom;
    import java.security.Security;
    
    public class SMUtil { 
        private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(NotificationUtil.class);
        /** sm4的密钥需要16字节的字符串 **/
        public static final String SM4_KEY = "1234567887654321";
        private static final String ALGORITHM_NAME = "SM4";
        private static final String ALGORITHM_ECB_PKCS5PADDING = "SM4/ECB/PKCS5Padding";
        /** sm2的公钥和私钥生成之后存起来使用即可，一般会把公钥提供给前端 **/
        public static final String SM2_PRIVATE_KEY = "sm2私钥";
        public static final String SM2_PUBLIC_KEY = "sm2公钥";
        /** * sm2加密模式有两种：C1C2C3和C1C3C2（开始国密标准使用C1C2C3，新标准使用C1C3C2） */
        public static final SM2Engine.Mode SM2ENGINE_MODE = SM2Engine.Mode.C1C3C2;
        private static final String SM2BC_STR = "04";
        private static SM2 sm2 = new SM2();
    
        /** * SM4算法目前只支持128位（即密钥16字节） */
        private static final int DEFAULT_KEY_SIZE = 128;
        private static  final String DEFAULT_ENCODING="utf-8";
        static { 
            if(null == Security.getProvider(BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME)){ 
                Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
            }
        }
    
        /** * sm3加密，文摘算法，杂凑算法 * @param content 加密内容 * @return */
        public static String sm3(String content){ 
            String res = "";
            try{ 
                byte[] srcData = content.getBytes(DEFAULT_ENCODING);
                byte[] resultHash = hash(srcData);
                res = ByteUtils.toHexString(resultHash);
            }catch (Exception e){ 
                e.printStackTrace();
            }
            return res;
        }
        
        /** * sm3加密 * @param srcData 加密内容的byte数组 **/
        private static byte[] hash(byte[] srcData){ 
            SM3Digest digest = new SM3Digest();
            digest.update(srcData,0,srcData.length);
            byte[] hash = new byte[digest.getDigestSize()];
            digest.doFinal(hash,0);
            return  hash;
        }
    
    
    
    
        /** * 生成sm4密钥,生成一次后将byte数组存起来使用即可（推荐：也可以自定义16字节字符串，本工具类使用的是自定义16字节字符串做密钥） * <p>建议使用org.bouncycastle.util.encoders.Hex将二进制转成HEX字符串</p> * * @return 密钥16位 * @throws Exception 生成密钥异常 */
        private static byte[] generateKey() throws Exception { 
            KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM_NAME, BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);
            kg.init(DEFAULT_KEY_SIZE, new SecureRandom());
            return kg.generateKey().getEncoded();
        }
    
        /*** * SM4对称加密， * @param content 加密内容 * @param key 密钥 需要128bit,即16个字符组成 * @return */
        public  static String sm4Encrypt(String content,String key){ 
            String res = "";
            try{ 
                byte[] resByte = encryptEcbPkcs5Padding(content.getBytes(DEFAULT_ENCODING),key.getBytes(DEFAULT_ENCODING));
                res = Hex.toHexString(resByte);
            }catch (Exception e){ 
                e.printStackTrace();
            }
            return res;
        }
    
        /*** * SM4对称加密， * @param content 加密内容 * @return */
        public  static String sm4Encrypt(String content){ 
            String res = "";
            try{ 
                byte[] resByte = encryptEcbPkcs5Padding(content.getBytes(DEFAULT_ENCODING),SM4_KEY.getBytes(DEFAULT_ENCODING));
                res = Hex.toHexString(resByte);
            }catch (Exception e){ 
                e.printStackTrace();
            }
            return res;
        }
    
        /*** * SM4对称解密， * @param data 解密前数据 * @param key 密钥 需要128bit,即16个字符组成 * @return */
        public static String sm4Decrypt(String data,String key){ 
            String res = "";
            try{ 
                byte[] resByte = decryptEcbPkcs5Padding(Hex.decode(data),key.getBytes(DEFAULT_ENCODING));
                 res = new String(resByte, DEFAULT_ENCODING);
            }catch (Exception e){ 
                e.printStackTrace();
            }
            return res;
        }
    
        /*** * SM4对称解密， * @param data 解密前数据 * @return */
        public static String sm4Decrypt(String data){ 
            String res = "";
            try{ 
                byte[] resByte = decryptEcbPkcs5Padding(Hex.decode(data),SM4_KEY.getBytes(DEFAULT_ENCODING));
                res = new String(resByte, DEFAULT_ENCODING);
            }catch (Exception e){ 
                e.printStackTrace();
            }
            return res;
        }
    
        /** * 加密，SM4-ECB-PKCS5Padding * * @param data 要加密的明文 * @param key 密钥16字节，使用Sm4Util.generateKey()生成 * @return 加密后的密文 * @throws Exception 加密异常 */
        private static byte[] encryptEcbPkcs5Padding(byte[] data, byte[] key) throws Exception { 
            return sm4work(data, key, ALGORITHM_ECB_PKCS5PADDING, null, Cipher.ENCRYPT_MODE);
        }
    
        /** * 解密，SM4-ECB-PKCS5Padding * * @param data 要解密的密文 * @param key 密钥16字节，使用Sm4Util.generateKey()生成 * @return 解密后的明文 * @throws Exception 解密异常 */
        private static byte[] decryptEcbPkcs5Padding(byte[] data, byte[] key) throws Exception { 
            return sm4work(data, key, ALGORITHM_ECB_PKCS5PADDING, null, Cipher.DECRYPT_MODE);
        }
    
        /** * SM4对称加解密 * * @param input 明文（加密模式）或密文（解密模式） * @param key 密钥 * @param sm4mode sm4加密模式 * @param iv 初始向量(ECB模式下传NULL) * @param mode Cipher.ENCRYPT_MODE - 加密；Cipher.DECRYPT_MODE - 解密 * @return 密文（加密模式）或明文（解密模式） * @throws Exception 加解密异常 */
        private static byte[] sm4work(byte[] input, byte[] key, String sm4mode, byte[] iv, int mode)
                throws Exception { 
            IvParameterSpec ivParameterSpec = null;
            if (null != iv) { 
                ivParameterSpec = new IvParameterSpec(iv);
            }
            SecretKeySpec sm4Key = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM_NAME);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(sm4mode, BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);
            if (null == ivParameterSpec) { 
                cipher.init(mode, sm4Key);
            } else { 
                cipher.init(mode, sm4Key, ivParameterSpec);
            }
            return cipher.doFinal(input);
        }
    
        /** * sm2解密 * @param data 密文 * @return */
        public static String sm2Decrypt(String data) { 
            String decryptData = "";
            try { 
                long start = System.currentTimeMillis();
                logger.info("初始化sm2实例");
                initSm2Instance();
                //使用BC库解密需要在密文前面拼上”04“字符串(前端加密是不会加上04的，后端加密则会加上04，所以需要做多一层判断)
                //注意：请使用使用StringBuffer不要使用StringBuilder，前者是线程安全，后者非线程安全
                if (!data.startsWith(SM2BC_STR)) { 
                    data = new StringBuffer(SM2BC_STR).append(data).toString();
                }
                decryptData = sm2.decryptStr(data, KeyType.PrivateKey);
                long end = System.currentTimeMillis();
                logger.info("sm2解密一次所花时间：{}ms",(end - start));
            } catch (Exception e) { 
                e.printStackTrace();
            }
            return decryptData;
        }
    
        /** * sm2加密 * @param data 待加密文本 * @return */
        public static String sm2Encrypt(String data) { 
            String encryptData = "";
            try { 
                long start = System.currentTimeMillis();
                logger.info("初始化sm2实例");
                initSm2Instance();
                encryptData = sm2.encryptBcd(data, KeyType.PublicKey);
                long end = System.currentTimeMillis();
                logger.info("sm2加密一次所花时间：{}ms",(end - start));
            } catch (Exception e) { 
                e.printStackTrace();
            }
            return encryptData;
        }
    
        /** * 初始化sm2实例 * @return */
        private static void initSm2Instance() { 
            logger.info("初始化sm2实例");
            ECPrivateKeyParameters privateKeyParameters = BCUtil.toSm2Params(SM2_PRIVATE_KEY);
            //产生的公钥为130字节，实际公钥为128字节，第一个字节表示是否压缩，这里用不上，所以从第二个字节开始截取横坐标和纵坐标
            String xhex = SM2_PUBLIC_KEY.substring(2, 66);
            String yhex = SM2_PUBLIC_KEY.substring(66, 130);
            ECPublicKeyParameters publicKeyParameters = BCUtil.toSm2Params(xhex, yhex);
            //设置公钥和私钥
            sm2.setPrivateKeyParams(privateKeyParameters);
            sm2.setPublicKeyParams(publicKeyParameters);
            //设置加密模式
            sm2.setMode(SM2ENGINE_MODE);
        }
    
        /** * 生成sm2公钥和私钥，一般生成之后将公钥和私钥存起来使用即可 */
        public static void createSm2Key() { 
            //创建sm2 对象
            SM2 createSm2Key = SmUtil.sm2();
            //这里会自动生成对应的随机秘钥对 , 注意！ 这里一定要强转，才能得到对应有效的秘钥信息
            byte[] privateKey = BCUtil.encodeECPrivateKey(createSm2Key.getPrivateKey());
            //这里公钥不压缩 公钥的第一个字节用于表示是否压缩 可以不要
            byte[] publicKey = ((BCECPublicKey) createSm2Key.getPublicKey()).getQ().getEncoded(false);
            //这里得到的 压缩后的公钥 ((BCECPublicKey) sm2.getPublicKey()).getQ().getEncoded(true);
            byte[] publicKeyEc = BCUtil.encodeECPublicKey(createSm2Key.getPublicKey());
            //打印当前的公私秘钥
            System.out.println("私钥: " + HexUtil.encodeHexStr(privateKey));
            System.out.println("公钥: " + HexUtil.encodeHexStr(publicKey));
            System.out.println("压缩后的公钥: " + HexUtil.encodeHexStr(publicKeyEc));
        }
    }

## 3.国密测试 ##

package com.doctortech.tmc;
    
    import cn.hutool.core.util.HexUtil;
    import cn.hutool.crypto.BCUtil;
    import cn.hutool.crypto.SmUtil;
    import cn.hutool.crypto.asymmetric.SM2;
    import com.doctortech.tmc.entity.User;
    import com.doctortech.tmc.mapper.UserMapper;
    import com.doctortech.tmc.service.ServiceConst;
    import com.doctortech.tmc.support.util.SMUtil;
    import org.bouncycastle.jcajce.provider.asymmetric.ec.BCECPublicKey;
    import org.junit.jupiter.api.Test;
    import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
    import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
    
    import java.nio.charset.StandardCharsets;
    import java.util.List;
    
    /** * @author zxb * @version 1.0 * @date 2021/05/21 9:56 * @description 测试加密工具类 */
    @SpringBootTest
    public class SMTest { 
        
        /** * 生成sm2公钥和私钥测试(生成密钥对后将密钥存到SMUtil对应的常量中即可) */
        @Test
        public void createSm2KeyTest() { 
            SMUtil.createSm2Key();
        }
        
        /** * sm2非对称加密和解密测试 */
        @Test
        public void sm2EncryptAndDecryptTest() { 
            long start = System.currentTimeMillis();
            String text = "我是一段测试aaaa";
            String sm2Encrypt = SMUtil.sm2Encrypt(text);
            System.out.println("加密结果：" + sm2Encrypt);
            String sm2Decrypt = SMUtil.sm2Decrypt(sm2Encrypt);
            System.out.println("解密结果：" + sm2Decrypt);
            System.out.println(text.equals(sm2Decrypt));
            long end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("加密解密一次所花时间：" + (end - start) + "ms");
        }
    
        /** sm3对称加密和解密测试 **/
        @Test
        public void sm3EncryptAndDecryptTest() { 
            String encryptPassword = SMUtil.sm3(ServiceConst.RESET_PASSWORD);
            System.out.println(encryptPassword);
            List<User> userList = userMapper.selectList(null);
            for (User user : userList) { 
                user.setPassword(encryptPassword);
                userMapper.updateById(user);
            }
        }
    
        /** * sm2非对称加密和解密测试 */
        @Test
        public void sm2EncryptAndDecryptTest() { 
            long start = System.currentTimeMillis();
            String text = "我是一段测试aaaa";
            String sm2Encrypt = SMUtil.sm2Encrypt(text);
            System.out.println("加密结果：" + sm2Encrypt);
            String sm2Decrypt = SMUtil.sm2Decrypt(sm2Encrypt);
            System.out.println("解密结果：" + sm2Decrypt);
            System.out.println(text.equals(sm2Decrypt));
            long end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("加密解密一次所花时间：" + (end - start) + "ms");
        }
        
        /** * sm3加密测试（无法解密，一般用于密码加密，验证就是将用户输入的密码也进行一次sm3加密再比较是否相同） */
        @Test
        public void sm3EncryptAndDecryptTest() { 
            String encryptPassword = SMUtil.sm3("123456");
            System.out.println(encryptPassword);
        }
        
        /** * 生成sm4密钥测试,这里得到的密钥是一个byte数组 * @throws Exception */
        @Test
        public void createSm4KeyTest() throws Exception { 
            byte[] bytes = SMUtil.generateKey();
            for (int i = 0; i < bytes.length; i++) { 
                System.out.println(bytes[i]);
            }
        }
    
        /** * 将sm4的key转成16进制字符串输出，前端使用的是16进制的key进行加解密 */
        @Test
        public void sm4KeyToByteTest() { 
            System.out.println(HexUtil.encodeHexStr(SMUtil.SM4_KEY));
        }
        
        /** * sm4加密和解密测试 */
        @Test
        public void sm4EncryptAndDecryptTest() { 
            String content = "123456789你好";
            String encryptContent = SMUtil.sm4Encrypt(content);
            String decryptContent = SMUtil.sm4Decrypt(encryptContent);
            System.out.println("加密后内容：" + encryptContent);
            System.out.println("解密后内容:" + decryptContent);
            System.out.println(content.equals(decryptContent));
        }
    }

# 二、前端（Vue） #

## 1.安装依赖 ##

npm install --save sm-crypto

## 2.sm2非对称加密（对登录、注册、修改密码进行加密） ##

const sm2 = require('sm-crypto').sm2
    //sm2的加解密时有两种方式即0——C1C2C3、1——C1C3C2，前后端需要统一
    const cipherMode = 1
    const publicKey = '公钥'
    let encryptPwd = sm2.doEncrypt('password', publicKey, cipherMode) // 加密
    console.log("encryptPwd:" + encryptPwd)

## 3.sm4对称加解密（对身份证、邮箱等敏感信息进行加密和解密） ##

const sm4 = require('sm-crypto').sm4
    const sm4Key = 'sm4密钥，要求16进制'
    let sm4Encrypt = sm4.encrypt("1245877961584你好", sm4Key) //加密
    console.log(sm4Encrypt)
    let sm4Decrypt = sm4.decrypt(sm4Encrypt, sm4Key) //解密
    console.log(sm4Decrypt)