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SM9在国密SSL协议中的应用

发表于 更新于

最主要目的是用IBC标识替换证书，可以减少握手时发送的数据量。

定义的套件有:

名称 值
IBSDH_SM1_SM3 0xe0,0x05
IBC_SM1_SM3 0xe0,0x07
IBSDH_SM4_SM3 0xe0,0x15
IBC_SM4_SM3 0xe0,0x17

应用中有两种，IBC或者IBSDH。IBC是使用SM9的加密算法，IBSDH使用密钥交换协议。下边为了跟之前的套件做对比，会拿 ECC_SM4_SM3 套件做说明，本套件使用SM2的加密算法做密钥交换，使用证书做认证。

1. IBC

如果协商出了 IBC_SM1_SM3, IBC_SM4_SM3 这两个套件，会有以下影响。

1.1. Server Certificate

ECC_SM4_SM3 在这里会发送 X.509 v3 格式的服务端证书，包括签名证书和加密证书:

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opaque ASN.1Cert<1..2^24-1>;
struct {
     ASN.1Cert certificate<0..2^24-1>;
} Certificate;

签名证书在前，加密证书在后。

IBC套件则会发送服务端的标识和IBC公共参数:

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opaque ASN.1IBCParam<1..2^24-1>;
struct {
    opaque ibc_id<1..2^16-1>;
    ASN.1IBCParam ibc_parameter;
} Certificate;

1.2. ServerKeyExchange

ECC_SM4_SM3 套件会发送使用服务端签名私钥签名的东西:

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digitally-signed struct {
    opaque client_random[32];
    opaque server_random[32];
    opaque ASN.1Cert<1..2^24-1>;
} signed_params;

IBC套件则发送的是用IBC的签名私钥签名的一个东西，还包括服务端的IBC参数:

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ServerIBCParams params;
digitally-signed struct {
    opaque client_random[32];
    opaque server_random[32];
    ServerIBCParams params;
    opaque IBCEncryptionKey[1024];
} signed_params;

这里的 IBCEncryptionKey 是服务端加密公钥。可以从服务端标识和公开参数生成，客户端需要生成，然后验证这个签名。长度为1024字节。
ServerIBCParams是服务端的密钥交换参数。

1.3. CertificateRequest

ECC_SM4_SM3 套件会发送服务端信任的CA的证书DN列表:

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enum {
    rsa_sign(1), ecdsa_sign(64), ibc_params(80), (255)
} ClientCertificateType;

struct {
    ClientCertificateType certificate_types<1..2^8-1>;
    DistinguishedName certificate_authorities<0..2^16-1>;
} CertificateRequest;

IBC套件中， certificate_authorities 里边存放的是IBC密钥管理中心(KGC)的信任域名列表。

1.4. Client Certificate

ECC_SM4_SM3 套件会发送客户端证书。
IBC套件中，会发送客户端标识和IBC公共参数。

1.5. ClientKeyExchange

ECC_SM4_SM3 套件会发送预主密钥，由客户端随机产生，用服务端证书中的SM2公钥加密。

IBC套件中，也是由客户端随机产生预主密钥，用服务端标识和公开参数产生的服务端公钥加密。

预主密钥的结构为:

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struct {
    ProtocolVersion client_version;
    opaque random[46];
} PreMasterSecret;

1.6. CertificateVerify

包含对所有收发的握手数据的hash的一个签名。

ECC_SM4_SM3 套件用sm3做摘要，用sm2签名。

IBC使用SM3做摘要，用SM9做签名。

整体应用如图:
sslvpn-ibc

2. IBSDH

这里只说IBSDH对各个消息的影响。

2.1. Server Certificate

IBSDH套件会发送服务端标识和IBC公共参数。跟IBC相同。

2.2 ServerKeyExchange

发送密钥交换协议使用的各种参数。这里跟IBC不一样，参数不同，少了key:

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ServerIBSDHParams params;
digitally-signed struct {
    opaque client_random[32];
    opaque server_random[32];
    ServerIBSDHParams params;
} signed_params;

2.3. Certificate Request

跟IBC相同。

2.4. Client Certificate

跟IBC相同。

2.5. ClientKeyExchagne

需要发送客户端用于密钥交换协议的参数

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Opaque ClientIBSDHParams<1..2^16-1>;

2.6. CertificateVerify

跟IBC相同。

整体应用如图:
sslvpn-ibsdh

3. 说明

3.1. 两个体系，签名和加密

其实跟国密SSL协议一样，分签名和加密，用户的私钥都是从主私钥中生成出来的。

3.2. 主密钥

包含4个东西: 主签名公钥，主签名私钥，主加密公钥，主加密私钥。这里的主公钥相当于之前CA证书中的公钥，但还不太一样。CA证书中的公钥只用于认证用户身份，不参与其他运算；但SM9的主公钥不仅参与用户身份的认证，还会参与到用户的签名、验签和加密过程。所以加载用户私钥的时候，还需要加载相应的主公钥。

主公钥和IBC公开信息和在一起，相当于CA。

另外，之前可以有多级CA，现在只有1级KGC。