SM3（密码杂凑算法）

SM3 密码杂凑算法

设计者

中国国家密码管理局

首次发布

2010年

类别

密码学哈希函数

输出长度

256 bit (32 字节)

分组大小

512 bit

结构

Merkle-Damgård

轮数

速度

~1.5 GB/s

标准

GM/T 0004-2012
GB/T 32905-2016
ISO/IEC 10118-3:2018

安全状态

安全

SM3是中国国家密码管理局于2010年发布的密码杂凑算法标准（GM/T 0004-2012），2016年升为国家标准 GB/T 32905-2016，2018年被纳入 ISO/IEC 国际标准。SM3 输出 256 位摘要，设计对标 SHA-256，在中国金融、政府和关键信息基础设施中被广泛强制使用。

算法描述

SM3 使用 Merkle-Damgård 结构，与 SHA-256 类似但有以下关键差异：

消息扩展为 132 个字（SHA-256 为 64 个），使用更复杂的扩展算法
压缩函数包含两个并行计算的路径（类似 RIPEMD 的双路径设计）
使用布尔函数 FF 和 GG，在第 0-15 轮和第 16-63 轮分别使用不同的函数
引入常量 T，在前 16 轗使用 0x79CC4519，后 48 轗使用 0x7A879D8A

SM3 压缩函数伪代码（简化）：

for i = 0 to 63:
    if i < 16:
        FF = (X ∧ Y) ⊕ (X ∧ Z) ⊕ (Y ∧ Z)
        GG = (X ∧ Y) ⊕ (¬X ∧ Z)
    else:
        FF = (X ∧ Y) ∨ (X ∧ Z) ∨ (Y ∧ Z)
        GG = (X ∧ Y) ∨ (¬X ∧ Z)

    SS1 = ROTL(7, A) + ROTL(9, i) + (E + T[i])
    SS2 = SS1 ⊕ ROTL(12, A)    # 注意：这里用到了 ROTL(12, A)
    TT1 = FF + D + SS2 + W'[i]
    TT2 = GG + H + SS1 + W[i]
    D = C; C = ROTL(9, B); B = A; A = TT1
    H = G; G = ROTL(19, F); F = E; E = P0(TT2)

与 SHA-256 对比

特性	SM3	SHA-256
输出长度	256 bit	256 bit
分组大小	512 bit	512 bit
轮数	64	64
字长	32 bit	32 bit
消息扩展字数	132	64
压缩路径	双路径	单路径
速度	~1.5 GB/s	~1.8 GB/s
标准组织	SCA / ISO	NIST
碰撞安全	128 bit	128 bit

应用场景

金融支付：中国银联芯片卡、移动支付（支付宝/微信底层安全）
电子政务：电子证书、电子签章、身份认证
区块链：中国合规区块链平台（如长安链）
物联网：国密认证协议
TLS：国密 TLS（GM/T 0024）使用 SM3 替代 SHA-256

参考文献

国家密码管理局 (2010). "SM3 密码杂凑算法". GM/T 0004-2012.
国家标准委 (2016). "信息安全技术 SM3密码杂凑算法". GB/T 32905-2016.
ISO/IEC 10118-3:2018. "IT Security techniques — Hash-functions — Part 3: Dedicated hash-functions".
Shen, E., et al. (2013). "Security Analysis of SM3". Chinese Journal of Computers.

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