简易国密算法 PythonSDK：EasyGmSSL-Python

原创

bowenerchen

修改于 2024-12-24 14:40:12

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EasyGmssl-Python

一、概述

EasyGmSSL FORK 自北京大学 GUNAZHI 老师团队的开源国密算法库： GmSSL，EasyGmSSL旨在为开发者提供一套接口更加友好的国密算法应用开发工具。它涵盖了SM2、SM3、SM4等国密算法的核心功能，并针对实际使用场景中的痛点进行了针对性改进。

此 SDK 的 git 地址为：https://github.com/bowenerchen/GmSSL-Python

更详细的示例代码请参考：https://github.com/bowenerchen/GmSSL-Python/tree/main/demo_easy_gmssl

PyPi 项目地址为：https://pypi.org/project/easy-gmssl/

二、特色功能

便捷安装

在通过pip安装本SDK时，具备自动编译底层C库的能力，并且会智能地安装编译好的二进制文件，避免对系统路径造成污染，确保了安装过程的简洁性与独立性，让您无需繁琐的手动配置即可快速上手。

SM2增强功能

密钥加解密模式多样化

新增了多种SM2密钥加解密模式选择，包括C1C3C2、C1C3C2_ASN1、C1C2C3、C1C2C3_ASN1。这些模式为不同应用需求提供了更灵活的加密策略，无论是在对加密效率有要求，还是对加密数据格式兼容性有考量的场景下，都能找到合适的解决方案。

签名验签模式扩展

在SM2签名验签时，增加了RS_ASN1、RS两种模式选择，适应不同的签名规范和验证场景，使签名验签操作更加贴合实际业务需求。

密钥读取便捷化

允许用户轻松读取SM2公钥、私钥的十六进制明文，方便在调试、密钥管理等环节快速获取关键信息，提升开发效率。

基础算法优化

对于SM4和SM3以及随机数生成部分，虽然核心算法基于底层库，但在接口层着重增加了参数说明。这使得即使是初次接触国密算法的开发者，也能迅速理解每个参数的含义与用途，降低了开发门槛，加速项目开发进程。

三、安装指南

只需在命令行中执行以下pip命令即可完成安装：

pip install easy_gmssl

安装过程中，系统会自动处理底层C库的编译与安装事宜，待编译安装完成后即可开启国密算法开发之旅。

四、使用示例

SM密钥加解密

输出多种模式下的密文

from easy_gmssl import EasySm2EncryptionKey, SM2CipherFormat, SM2CipherMode

enc = EasySm2EncryptionKey()
plain = 'hello,world'
# 遍历当前支持的所有 SM2 加解密算法模式
# 当前支持的模式包括：
# C1C3C2_ASN1、C1C3C2、C1C2C3_ASN1、C1C2C3
for mode in SM2CipherMode:
    print(mode, '密文 in Hex:', enc.Encrypt('hello,world'.encode('utf-8'), mode, SM2CipherFormat.HexStr))

SM2公钥、私钥读取

from __future__ import annotations
   
from easy_gmssl import EasySm2Key
   
test = EasySm2Key()
print('公钥数据 In Hex:', test.get_sm2_public_key_in_hex())
print('私钥数据 In Hex:', test.get_sm2_private_key_in_hex())

SM2签名验签

from __future__ import annotations

import random

from easy_gmssl import EasySM2SignKey, EasySM2VerifyKey, SignatureMode

signer_id = 'test_signer'
print('signer_id hex:', signer_id.encode('utf-8').hex())
# 初始化用于签名验签的 SM2 密钥，此时不需要关心签名值的模式
test = EasySM2SignKey(signer_id = signer_id, pem_private_key_file = './test_keys/tmp_test_sm2_private.pem',
                      password = '123456')
plain = bytes([random.randint(0, 255) for _ in range(0, 64)])
print('plain hex:', plain.hex())
print('private key hex:', test.get_sm2_private_key_in_hex())
print('public key hex:', test.get_sm2_public_key_in_hex())

# 计算签名
test.UpdateData(plain)
# 指定签名值模式为 RS 模式，可选 RS、RS_ASN1
sign_value = test.GetSignValue(signature_mode = SignatureMode.RS)
print('signature hex:', sign_value.hex())

# 初始化用于验证签名的 SM2 密钥
verify_test = EasySM2VerifyKey(signer_id = signer_id, pem_public_key_file = './test_keys/tmp_test_sm2_public.pem')
# 验证签名
verify_test.UpdateData(plain)
# 验证签名时同样指定签名值格式为 RS 模式
ret = verify_test.VerifySignature(sign_value, signature_mode = SignatureMode.RS)

SM4对称加解密示例

CBC模式

from __future__ import annotations

from easy_gmssl import EasySm4CBC
from easy_gmssl.gmssl import SM4_BLOCK_SIZE, SM4_CBC_IV_SIZE

key = 'x' * SM4_BLOCK_SIZE
iv = 'y' * SM4_CBC_IV_SIZE
# 加密操作
test_cbc_enc = EasySm4CBC(key.encode('utf-8'), iv.encode('utf-8'), True)
plain1 = 'hello,world'
plain2 = '1234567890'
cipher1 = test_cbc_enc.Update(plain1.encode('utf-8'))
cipher2 = test_cbc_enc.Update(plain2.encode('utf-8'))
ciphers = cipher1 + cipher2 + test_cbc_enc.Finish()

# 解密操作
test_dec = EasySm4CBC(key.encode('utf-8'), iv.encode('utf-8'), False)
decrypted_plain1 = test_dec.Update(ciphers)
decrypted_plain = decrypted_plain1 + test_dec.Finish()

print('解密成功：', decrypted_plain == (plain1 + plain2).encode('utf-8'))

GCM模式

from __future__ import annotations

from easy_gmssl import EasySm4GCM
from easy_gmssl.gmssl import SM4_BLOCK_SIZE, SM4_CBC_IV_SIZE, SM4_GCM_DEFAULT_TAG_SIZE

key = 'x' * SM4_BLOCK_SIZE
iv = 'y' * SM4_CBC_IV_SIZE
# 定义拓展验证数据，加解密时此数据需要保持一致
aad = 'a' * (SM4_BLOCK_SIZE + SM4_CBC_IV_SIZE)
# 定义tag长度，最小 8 个字节
tag_len = int(SM4_GCM_DEFAULT_TAG_SIZE / 2)
test_gcm_enc = EasySm4GCM(key.encode('utf-8'), iv.encode('utf-8'), aad, tag_len, True)
plain1 = 'hello,world'
plain2 = '1234567890'
# 进行加密操作
cipher1 = test_gcm_enc.Update(plain1.encode('utf-8'))
cipher2 = test_gcm_enc.Update(plain2.encode('utf-8'))
ciphers = cipher1 + cipher2 + test_gcm_enc.Finish()
# GCM模式下的密文长度与明文长度等长
# 返回的密文中包含了 tag 长度
print('ciphers len:', len(ciphers), 'tag_len=', tag_len, 'plain len:', len(plain1 + plain2))

# 进行解密操作，此时aad和tag_len需要与加密时保持一致
test_dec = EasySm4GCM(key.encode('utf-8'), iv.encode('utf-8'), aad, tag_len, False)
decrypted_plain1 = test_dec.Update(ciphers)
decrypted_plain = decrypted_plain1 + test_dec.Finish()

print('解密成功：', decrypted_plain == (plain1 + plain2).encode('utf-8'))

SM3 HASH 与 HMAC 示例

from __future__ import annotations

import random

from easy_gmssl import EasySM3Digest, EasySM3Hmac
from easy_gmssl.gmssl import SM3_HMAC_MAX_KEY_SIZE

test = EasySM3Digest()
# 计算哈希
plain1 = 'hello,world'.encode('utf-8')
plain2 = '1234567890'.encode('utf-8')
plain3 = (plain1 + plain2)
print('plain hex:', plain3.hex())
test.UpdateData(plain3)
hash_value_2, hash_len, length2 = test.GetHash()
print('hash value:', hash_value_2.hex())
print('hash value length in bytes:', hash_len)

# 计算HMAC
plain = 'hello,world'.encode('utf-8')
print('plain hex:', plain.hex())
key = bytes([random.randint(0, 255) for _ in range(0, SM3_HMAC_MAX_KEY_SIZE)])
print('key hex:', key.hex())
test = EasySM3Hmac(key)
test.UpdateData(plain)
hmac_hex, hmac_len, plain_len = test.GetHmac()
print('hmac value:', hmac_hex.hex(), 'hmac len:', hmac_len, 'plain len:', plain_len)

随机数生成示例

from __future__ import annotations

from easy_gmssl import EasyRandomData, RandomMode

# 生成随机字节流
test = EasyRandomData()
ret = test.GetRandomData(20)
print(ret.hex())
# 生成随机字符串
test = EasyRandomData(mode = RandomMode.RandomStr)
ret = test.GetRandomData(64)
print(ret)

ZUC 加解密示例

from __future__ import annotations

from easy_gmssl import EasyRandomData, EasyZuc
from easy_gmssl.gmssl import ZUC_IV_SIZE, ZUC_KEY_SIZE

# 生成密钥与 IV
key = EasyRandomData().GetRandomData(ZUC_KEY_SIZE)
iv = EasyRandomData().GetRandomData(ZUC_IV_SIZE)
# 加密操作
test = EasyZuc(key, iv)
plain1 = 'hello,world'.encode('utf-8')
cipher1 = test.Update(plain1)
plain2 = '1234567890'.encode('utf-8')
cipher2 = test.Update(plain2)
cipher3 = test.Finish()

# 解密操作
test2 = EasyZuc(key, iv)
ret1 = test2.Update(cipher1)
ret2 = test2.Update(cipher2)
ret3 = test2.Update(cipher3)
ret4 = test2.Finish()
assert ret1 + ret2 + ret3 + ret4 == plain1 + plain2
print('解密成功：', ret1 + ret2 + ret3 + ret4 == plain1 + plain2)