國密 SM2 加密完全指南：金鑰生成、加密解密與數位簽…

什麼是國密 SM2？

SM2 是中國國家密碼管理局發布的非對稱加密演算法，基於橢圓曲線密碼學（ECC），取代 RSA 成為國密標準。

對比項	SM2	RSA 2048
金鑰長度	256 bit	2048 bit
安全強度	128 bit	112 bit
簽章速度	~0.5ms	~3ms
驗證速度	~1ms	~0.1ms
金鑰長度比	1	8
國標	GM/T 0003	PKCS#1

SM2 用 256 位元金鑰達到 RSA 2048 位元的安全強度，金鑰更短、速度更快。

SM2 的三種用途

用途	說明	對應工具
加密/解密	用公鑰加密，私鑰解密	SM2 加密
數位簽章	用私鑰簽章，公鑰驗證	SM2 簽章
金鑰協商	雙方協商出共享金鑰	ECDH 協議

第一步：生成 SM2 金鑰對

使用工具庫生成

開啟 SM2 加密工具
點擊「生成金鑰對」
獲得公鑰和私鑰

使用命令列生成

# 安裝 gmssl
brew install gmssl  # macOS
# 或從 https://github.com/guanzhi/GmSSL/releases 下載

# 生成 SM2 金鑰對
gmssl sm2 -genkey -out sm2.key

# 查看金鑰
gmssl sm2 -in sm2.key -text

使用 JavaScript 生成

import { sm2 } from 'sm-crypto';

// 生成金鑰對
const keyPair = sm2.generateKeyPairHex();
// keyPair.privateKey → 私鑰（64位十六進位）
// keyPair.publicKey  → 公鑰（128位十六進位，04 + X + Y）

console.log('私鑰:', keyPair.privateKey);
console.log('公鑰:', keyPair.publicKey);

金鑰格式說明

SM2 公鑰格式：
04 || X（32位元組） || Y（32位元組）
↓
04 + 64位十六進位X + 64位十六進位Y
總長度：130個十六進位字元（65位元組）

SM2 私鑰格式：
32位元組隨機數
總長度：64個十六進位字元（32位元組）

第二步：SM2 加密與解密

加密流程

明文 → SM2加密(公鑰) → 密文（C1 || C3 || C2）

C1：橢圓曲線點（65位元組）
C3：SM3 雜湊值（32位元組）
C2：密文資料

使用工具庫加密

開啟 SM2 加密工具
貼上公鑰
輸入要加密的明文
選擇密文格式（C1C3C2 或 C1C2C3）
點擊「加密」獲得密文

使用 JavaScript 加密

import { sm2 } from 'sm-crypto';

const publicKey = '04...'; // 130位十六進位
const privateKey = '...';  // 64位十六進位

// 加密（預設 C1C3C2 格式）
const cipherText = sm2.doEncrypt('Hello 國密', publicKey, 1);
// 參數 1 = C1C3C2 格式（國標推薦）
// 參數 0 = C1C2C3 格式（舊版相容）

console.log('密文:', cipherText);

// 解密
const plainText = sm2.doDecrypt(cipherText, privateKey, 1);
console.log('明文:', plainText); // "Hello 國密"

密文編碼格式

格式	說明	使用場景
C1C3C2	國標推薦格式	新專案（預設）
C1C2C3	舊版格式	相容舊系統
ASN.1	DER 編碼	Java/C# 互通操作

第三步：SM2 數位簽章

簽章流程

訊息 → SM3雜湊 → SM2簽章(私鑰) → 簽章值（r, s）

使用工具庫簽章

開啟 SM2 加密工具
切換到「簽章」標籤
輸入私鑰和待簽章訊息
點擊「簽章」獲得簽章值

使用 JavaScript 簽章

import { sm2 } from 'sm-crypto';

const privateKey = '...';
const publicKey = '04...';

// 簽章（自動對訊息做 SM3 雜湊）
const signature = sm2.doSignature('待簽章訊息', privateKey);
console.log('簽章:', signature);

// 驗證簽章
const verified = sm2.doVerifySignature(
  '待簽章訊息',
  signature,
  publicKey
);
console.log('驗證結果:', verified); // true

帶使用者 ID 的簽章

SM2 簽章預設使用使用者 ID 1234567812345678（國標預設值），可以自訂：

// 簽章時指定使用者 ID
const sig = sm2.doSignature('訊息', privateKey, {
  userId: 'customUserId'
});

// 驗證時使用相同的使用者 ID
const valid = sm2.doVerifySignature('訊息', sig, publicKey, {
  userId: 'customUserId'
});

SM2 vs RSA：何時選擇？

場景	推薦	原因
中國政務系統	SM2	國密合規要求
中國金融系統	SM2	銀聯/人行要求
國際標準系統	RSA	國際相容性
行動端加密	SM2	金鑰短，計算快
跨境資料交換	RSA	國際通用

國密三件套：SM2 + SM3 + SM4

演算法	類型	用途	工具
SM2	非對稱	加密/簽章/金鑰協商	SM2 工具
SM3	雜湊	訊息摘要（類似 SHA-256）	SM3 工具
SM4	對稱	資料加密（類似 AES-128）	SM4 工具

典型組合：SM2 + SM4 混合加密

1. 生成隨機 SM4 金鑰
2. 用 SM4 加密大資料（快）
3. 用 SM2 公鑰加密 SM4 金鑰（安全傳輸）
4. 發送：SM2(SM4金鑰) + SM4(資料)

import { sm2, sm4 } from 'sm-crypto';

// 1. 生成隨機 SM4 金鑰
const sm4Key = crypto.getRandomValues(new Uint8Array(16));
const sm4KeyHex = Array.from(sm4Key).map(b => b.toString(16).padStart(2, '0')).join('');

// 2. 用 SM4 加密資料
const encryptedData = sm4.encrypt(plainText, sm4KeyHex);

// 3. 用 SM2 加密 SM4 金鑰
const encryptedKey = sm2.doEncrypt(sm4KeyHex, sm2PublicKey, 1);

// 發送：encryptedKey + encryptedData

常見問題

SM2 密文長度為什麼比明文長很多？

SM2 密文 = C1（65位元組）+ C3（32位元組）+ C2（明文長度），所以密文比明文多 97 位元組。這是非對稱加密的特性，大資料建議用 SM2+SM4 混合加密。

SM2 和 ECDSA 有什麼區別？

SM2 使用國密指定的橢圓曲線（sm2p256v1），ECDSA 使用 NIST 曲線（P-256）。演算法邏輯相似，但曲線參數不同，不相容。

如何在 Java 中使用 SM2？

// 使用 Bouncy Castle + 國密擴充
Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());

// 生成金鑰對
KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance("EC", "BC");
kpg.initialize(new ECParameterSpec(...)); // SM2 曲線參數
KeyPair kp = kpg.generateKeyPair();

總結

SM2 是國密體系的核心非對稱加密演算法，256 位元金鑰即可達到 RSA 2048 位元的安全強度。掌握金鑰生成、加密解密、數位簽章三大操作，配合 SM3 雜湊和 SM4 對稱加密，即可滿足國密合規要求。工具庫提供 SM2、SM3、SM4 三個線上工具，瀏覽器本地處理，資料零上傳。