1. 整体架构
整体架构分三层（如图1）：
l 接口层：提供对外接口以完成SM9功能。主要分为：
n 系统接口：主要完成KGC参与的工作。
n 功能接口：主要完成KGC不参与的工作。
l SM9功能层：提供SM9的功能模块。主要分成：
n 主**生成：KGC公私钥的生成。
n 用户**生成：生成用户私钥，用户公钥任意设定。
n 加密和解密。
n 签名和验签。
n **协商。
l 底层模块：为完成SM9功能所需的各种模块。
n 核心模块：大整数运算、椭圆曲线运算和配对运算是其中最重要也是最核心的模块，将是本次开发的难点和重点。特别是配对模块，是SM9的特色。
n **导出函数KDF、H1、H2、SM3为密码辅助函数。
n 随机数生成器PRN。
图1 整体架构
A.1. 系统基本功能
A.1.1 主**生成
主**生成 |
数字签名 |
**交换 |
加解密/封装 |
主私钥 |
s∈[1, N−1] |
s∈[1, N−1] |
s∈[1, N−1] |
主私钥长 |
L |
L |
L |
主公钥 |
Ppub=[s]P2∈G2 |
Ppub=[s]P1∈G1 |
Ppub=[s]P1∈G1 |
主公钥长 |
4L（E(Fq2)点） |
2L（E(Fq)点） |
2L（E(Fq)点） |
私钥生成函数识别符 |
hid,一个字节 |
hid,一个字节 |
hid,一个字节 |
调用库 |
EC- E(Fq2) |
EC- E(Fq) |
EC- E(Fq) |
|
异 |
同 |
同 |
A.1.2 用户公私钥生成
用户公私钥生成 |
数字签名 |
**交换 |
加解密/封装 |
主私钥 |
s∈[1, N−1] |
s∈[1, N−1] |
s∈[1, N−1] |
主私钥长 |
L |
L |
L |
用户公钥 |
用户标识IDA |
用户标识IDA |
用户标识IDA |
用户公钥长 |
任意长度 |
任意长度 |
任意长度 |
用户私钥 |
dA∈G1， t1=H1(IDA||hid, N)+s mod N， t2=s×t1-1 mod N dA=[t2]P1 |
dA∈G2， t1=H1(IDA||hid, N)+s mod N， t2=s×t1-1 mod N dA=[t2]P2 |
dA∈G2， t1=H1(IDA||hid, N)+s mod N， t2=s×t1-1 mod N dA=[t2]P2 |
用户私钥长 |
2L（E(Fq)点） |
4L（E(Fq2)点） |
4L（E(Fq2)点） |
|
异 |
同 |
同 |
A.2 第2部分——数字签名算法
A.2.1 签名（User A）
A.2.2 验签（User B）
A.2.3 原理
关键是考虑签名时w的生成和验签时w的生成。
签名时：
验签时
由上面推导知，签名和验签计算的w相等，所以由w计算出来的h相等。
A.3 第3部分——**交换协议
A.3.1 **交换（User A & User B）
A.3.2 原理
首先，用户A(B)私钥的生成方式为
从以上推导可知，两个用户生成的g1,g2,g3相等，所以KDF计算出来的**相等。
可选步骤中的Hash比较，原理很简单。
A.4 第4部分——**封装和加解密
A.4.1 **封装（User A）
K是用户A的生成**，C是封装信息，用于对方解封得到相同的**K。
A.4.2 **解封（User B）
A.4.3 **封装原理
从以上推导可知，双方计算出来的w相等，C是一样的，所以KDF计算值相等
A.4.4 加密（User A）
|
流加密 |
分组加密 |
klen |
k1长度+k2长度 |
k1长度+k2长度 |
k1长度 |
M长度 |
对称密码算法的**长度 |
k2长度 |
未定义，测试向量中为256 |
未定义，测试向量中为256 |
C2 |
C2=K1⊕M |
C2=Enc(K1, M) |
A.4.5 解密（User B）
|
流加密 |
分组加密 |
klen |
k1长度+k2长度 |
k1长度+k2长度 |
k1长度 |
C2长度 |
对称密码算法的**长度 |
k2长度 |
未定义，测试向量中为256 |
未定义，测试向量中为256 |
C2 |
M =K1⊕C2 |
M=Enc(K1, C2) |
A.4.6 加解密原理
同**封装原理
A.4.6 加解密原理
同**封装原理