SM9算法C++实现系列目录：

基于JPBC的SM9算法的java实现与测试
国密SM9算法C++实现之0：源码下载地址
国密SM9算法C++实现之一：算法简介
国密SM9算法C++实现之二：测试工具
国密SM9算法C++实现之三：椭圆曲线接口、参数初始化
国密SM9算法C++实现之四：基本功能函数与KGC接口的实现
国密SM9算法C++实现之五：签名验签算法
国密SM9算法C++实现之六：密钥封装解封算法
国密SM9算法C++实现之七：加密解密算法
国密SM9算法C++实现之八：密钥交换算法
国密SM9算法C++实现之九：算法功能与测试例子

国密SM9算法C++实现之五：签名验签算法

文章目录

国密SM9算法C++实现之五：签名验签算法
- @[toc]
- 签名算法流程
- - 签名值
  - - Signature.h
  - 签名算法实现
- 验签算法流程
- - 验签算法实现

实现完KGC部分后，可以开始实现SM9算法部分。本篇描述签名验签算法的实现。

签名算法流程

SM9标准文档中描述的签名算法流程如下所示：

其流程图为：

根据算法描述，定义接口函数：

 /** * 签名* * @param masterPublicKey 签名主公钥* @param prikey 用户签名私钥* @param data 待签数据* @return 签名值* @throw std::exception SM9_ERROR_NOT_INIT | SM9_ERROR_CALC_RATE*/static Signature sign(const string& masterPublicKey, const string& prikey, const string& data);

签名值

SM9签名结果包括h和S两个部分，对此，也简单将其封装为一个类。

Signature.h


#ifndef YY_SM9_SIGNATURE_INCLUDE_H__
#define YY_SM9_SIGNATURE_INCLUDE_H__#pragma once#include <string>using namespace std;/**
* 签名值.
* @author YaoYuan
*/
class Signature {
public:Signature() {}Signature(const string& h, const string& s) {mH = h;mS = s;}~Signature() {}public:string getH() const { return mH; }string getS() const { return mS; }private:string mH;string mS;
};#endif

签名算法实现

按照签名流程，实现签名算法：


Signature SM9::sign(const string& masterPublicKey, const string& prikey, const string& data)
{Signature signature;bool hasException = true;string h, s, sw;ecn2 Ppubs;epoint* dsa = NULL;epoint* S = NULL;ZZN12 g;ZZN12 w;big h2 = NULL;big r = NULL;big l = NULL;big tmp = NULL;big zero = NULL;#ifdef SELF_CHECKstring gHex, rHex, wHex, h2Hex;
#endifif( !mIsInit ) {mErrorNum = SM9_ERROR_NOT_INIT;throw exception(getErrorMsg().c_str());}Parameters::init_ecn2(Ppubs);Parameters::init_big(h2);Parameters::init_big(r);Parameters::init_big(l);Parameters::init_big(tmp);Parameters::init_big(zero);Parameters::init_epoint(dsa);Parameters::init_epoint(S);// Step1 : g = e(P1, Ppub-s)Parameters::cin_ecn2_byte128(Ppubs, masterPublicKey.c_str());if( !ZZN12::calcRatePairing(g, Ppubs, Parameters::param_P1, Parameters::param_t, Parameters::norm_X) ) {mErrorNum = SM9_ERROR_CALC_RATE;goto END;}#ifdef SELF_CHECKgHex = YY::YHex::bin2Hex(g.toByteArray());
#endifwhile( true ) {
#ifdef SELF_CHECKrHex = YY::YHex::hex2bin("033C8616B06704813203DFD00965022ED15975C662337AED648835DC4B1CBE");Parameters::cin_big(r, rHex.c_str(), rHex.length());
#else// Step2: generate rbigrand(Parameters::param_N, r);
#endif// Step3 : calculate w=g^rw = g.pow(r);sw = w.toByteArray();#ifdef SELF_CHECKwHex = YY::YHex::bin2Hex(sw);
#endif// Step4 : calculate h=H2(M||w,N)h = KGC::H2(data, sw);Parameters::cin_big(h2, h.c_str(), h.length());#ifdef SELF_CHECKh2Hex = YY::YHex::bin2Hex(h);
#endif// Step5 : l=(r-h)mod Nsubtract(r, h2, l);divide(l, Parameters::param_N, tmp);while( mr_compare(l, zero) < 0 )add(l, Parameters::param_N, l);if( mr_compare(l, zero) != 0 )break;}// Step6 : S=[l]dSA=(xS,yS)Parameters::cin_epoint(dsa, prikey.c_str());ecurve_mult(l, dsa, S);s = Parameters::cout_epoint(S);// Step7 : signature=(h,s)signature = Signature(h, s);hasException = false;END:Parameters::release_epoint(dsa);Parameters::release_epoint(S);Parameters::release_ecn2(Ppubs);Parameters::release_big(h2);Parameters::release_big(r);Parameters::release_big(l);Parameters::release_big(tmp);Parameters::release_big(zero);if( hasException ) {throw exception(getErrorMsg().c_str());}return signature;
}

验签算法流程

SM9标准文档中描述的验签算法流程如下所示：

其流程为：

根据算法描述，定义接口函数：

 /*** 验签** @param masterPublicKey 签名主公钥* @param prikey 用户ID* @param signature 签名值* @param data 待签数据* @return true-验签成功；false-验签失败* @throw std::exception SM9_ERROR_NOT_INIT | SM9_ERROR_CALC_RATE | * SM9_ERROR_VERIFY_H_OUTRANGE | SM9_ERROR_VERIFY_S_NOT_ON_G1 | SM9_ERROR_VERIFY_H_VERIFY_FAILED*/static bool verify(const string& masterPublicKey, const string& id, const Signature& signature, const string& data);

接口中没有必要提供hid，对于验签算法来说，这是确定的。

验签算法实现


bool SM9::verify(const string& masterPublicKey, const string& id, const Signature& signature, const string& data)
{bool result = false;bool hasException = true;big NSub1 = NULL;big one = NULL;big h = NULL;epoint* S = NULL;ecn2 Ppubs;ecn2 P;ZZN12 g;ZZN12 t;ZZN12 u;ZZN12 w;big h1 = NULL;string sH1, sH2, sw, sH, sS;if( !mIsInit ) {mErrorNum = SM9_ERROR_NOT_INIT;throw exception(getErrorMsg().c_str());}sH = signature.getH();sS = signature.getS();#ifdef SELF_CHECKstring gHex, rHex, h1Hex, tHex, pHex, uHex, wHex;
#endifParameters::init_big(NSub1);Parameters::init_big(one);Parameters::init_big(h);Parameters::init_epoint(S);Parameters::init_ecn2(Ppubs);Parameters::init_ecn2(P);Parameters::init_big(h1);// Step1 : check if h in the range [1, N-1]decr(Parameters::param_N, 1, NSub1);convert(1, one);Parameters::cin_big(h, sH.c_str(), sH.length());if( (mr_compare(h, one) < 0) | (mr_compare(h, NSub1) > 0) ) {mErrorNum = SM9_ERROR_VERIFY_H_OUTRANGE;goto END;}// Step2 : check if S is on G1Parameters::cin_epoint(S, sS.c_str());if( !Parameters::isPointOnG1(S) ) {mErrorNum = SM9_ERROR_VERIFY_S_NOT_ON_G1;goto END;}// Step3 : g = e(P1, Ppub-s)Parameters::cin_ecn2_byte128(Ppubs, masterPublicKey.c_str());if( !ZZN12::calcRatePairing(g, Ppubs, Parameters::param_P1, Parameters::param_t, Parameters::norm_X) ) {mErrorNum = SM9_ERROR_CALC_RATE;goto END;}#ifdef SELF_CHECKgHex = YY::YHex::bin2Hex(g.toByteArray());
#endif// Step4 : calculate t=g^ht = g.pow(h);#ifdef SELF_CHECKtHex = YY::YHex::bin2Hex(t.toByteArray());
#endif// Step5 : calculate h1=H1(IDA||hid,N)sH1 = KGC::H1(id, HID_SIGN);Parameters::cin_big(h1, sH1.c_str(), sH1.length());#ifdef SELF_CHECKh1Hex = YY::YHex::bin2Hex(sH1);
#endif// Step6 : P=[h1]P2+Ppubsecn2_copy(&Parameters::param_P2, &P);ecn2_mul(h1, &P);ecn2_add(&Ppubs, &P);ecn2_norm(&P);#ifdef SELF_CHECKpHex = YY::YHex::bin2Hex(Parameters::cout_ecn2(P));
#endif// Step7 : u=e(S,P)if( !ZZN12::calcRatePairing(u, P, S, Parameters::param_t, Parameters::norm_X) ) {mErrorNum = SM9_ERROR_CALC_RATE;goto END;}#ifdef SELF_CHECKuHex = YY::YHex::bin2Hex(u.toByteArray());
#endif// Step8 : w=u*tw = u.mul(t);sw = w.toByteArray();#ifdef SELF_CHECKwHex = YY::YHex::bin2Hex(sw);
#endif// Step9 : h2=H2(M||w,N)sH2 = KGC::H2(data, sw);if( sH2.compare(sH) == 0 ) {result = true;}  else {mErrorNum = SM9_ERROR_VERIFY_H_VERIFY_FAILED;}hasException = false;
END:Parameters::release_big(NSub1);Parameters::release_big(one);Parameters::release_big(h);Parameters::release_epoint(S);Parameters::release_ecn2(Ppubs);Parameters::release_ecn2(P);Parameters::release_big(h1);if( hasException ) {throw exception(getErrorMsg().c_str());}return result;
}

由于验签函数返回类型是bool，因此验签失败后，可以通过getErrorMsg获取错误信息。

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