基于国密的气象数据业务安全架构研究

随着我国数字经济持续快速发展,气象数据在广泛流动释放价值的同时,也面临着被窃取、泄露、滥用等巨大威胁。为了更好地提升气象数据业务整体安全保护措施,通过对资料精细分级分类,在数据采集、数据传输、数据服务等过程中评估常用密码加解密性能,提出一种主要基于国密(SM2、SM4、ZUC等)的气象业务数据全链条安全保护策略,并在台站采集端、传输过程、数据存储、接口服务等环节对资料进行仿真评估,从时效影响、保护强度、低代价改造等方面,表明本方案的可行性和适用性。

SeChain:基于国密算法的RISC-V安全启动机制设计与实现

开源RISC-V指令集为我国建立自主可控物联网生态提供了重大机遇.然而,物联网设备通常缺乏硬件加固措施,容易遭受物理级的固件篡改攻击,因此保障固件完整性以提高设备安全性至关重要.为此,已有基于安全启动技术的初步探索,但仍存在3个问题:1)传统软件信任根难以保证物理级可靠性;2)主流硬件级安全启动技术被国际芯片厂商掌握,技术未公开且不支持国密算法,无法保证安全自主可控;3)已有基于RISC-V CPU的安全启动研究缺乏对上层固件的校验机制.为解决上述3个问题,首次设计并实现基于国密SM9算法的RISC-V安全启动机制——SeChain.具体而言:1)在RISC-V SoC内部增加了签名计算单元(signature calculation unit,SCU),实现密钥对生成与签名;2)增加了密钥验证单元(key verification unit,KVU),实现验证算法的片内执行及固件完整性验证;3)设计实现基于验证引导的多级安全启动机制,从不可篡改的硬件信任根出发,逐级完成引导程序的完整性校验.基于上述设计,SeChain实现了信任根的不可篡改和安全可信,构造了一个可信的安全启动链,基于国密SM9算法为设备的安全启动和可信执行提供可靠保障.为了验证SeChain的有效性、高效性和可靠性,基于VexRiscv CPU在FPGA硬件平台完成了SeChain仿真验证实验.实验结果表明,SeChain能够有效抵御各类固件篡改攻击,并能对抗信任根攻击,且平均额外时间开销不超过6.47 s.SeChain适用于资源受限的IoT设备,在满足安全可信启动的同时,能为国产RISC-V生态的安全自主可控提供有力保障.

基于国密算法的列车控制系统传输加密研究

为提高列车控制系统中铁路安全通信协议的机密性,消除数据明文传输存在的潜在威胁,提出了基于国家商用密码算法的列控系统核心网络加密技术实施方案。通过硬件、软件结合构建加密保护方案:在信号安全数据网子网内或子网间串接密码机,实现硬件的数据帧加密;采用三重SM4加密算法对通信报文的数据帧加密,实现列控系统软件应用数据的加密。搭建列控系统测试环境对加密技术方案进行验证,试验结果表明:该加密方案在对列控系统的业务处理能力无影响的情况下,可以有效提高列控系统重要数据在传输过程中的机密性和完整性。基于国密算法的列控系统传输加密研究为列控系统提供了传输加密可借鉴的方法和应用实例,也为铁路信号系统数据的安全高效传输提供了新的思路。

基于国密算法SM2的视频文件加解密系统

近年,随着大数据时代的到来,人类采取的文件加密方式不断进步,从战争时期的摩尔斯电码到如今的各种加密算法,都是为了保护文件的安全性。视频作为承载着各种重要信息的载体,但同时也是数据泄露的高发区,一直需求一个较为安全的保护环境。针对这样的情况,提出一种基于国密算法SM2的视频文件加解密方法。国密算法是我国自主知识产权的商业密码算法,满足电子认证服务系统、重要文件加密等应用需求。

基于国密算法的MQTT安全机制研究与实现

针对现有MQTT协议缺乏有效身份认证以及数据以明文形式传输的问题,提出了一种基于国密算法SM2,SM3,SM4的MQTT安全保护方案。通过SM2算法实现客户端与MQTT Broker之间的双向身份认证;通过SM4算法加密MQTT协议中用户名、密码、主题的消息内容等数据;通过SM3算法保证MQTT协议传输数据的完整性。将自主可控的国产密码技术应用到MQTT协议中,可有效提升该协议的安全防护能力。安全性分析和实验结果表明,所提方案在解决了MQTT协议安全问题的同时,也可以满足实际的应用需求。

国密SM4算法CBC模式的高效设计与实现

密码技术是现代信息安全技术产业发展的核心,其中,国密SM4分组密码算法因其硬件实现简单、效率高等优点,已广泛应用于加密传输、加密存储等领域.随着应用领域的不断扩展,对硬件加密效率的需求也随之提高.目前,借助流水线技术,基于ASIC实现的SM4算法在ECB(electronic code book)工作模式下能够达到较高的吞吐量.然而,在CBC(cipher block chaining)模式下,由于相邻的数据存在依赖关系,流水线技术难以提高硬件设计的吞吐率.为解决这一问题,提出了2种逻辑化简方法:一种作用于轮函数迭代过程,另一种作用于S盒置换过程.这2种方法在每一轮迭代的关键路径中均减少了2个异或运算的延时.在TSMC 40 nm工艺下的ASIC综合结果表明,该设计在CBC模式下的吞吐率达到4.2 Gb/s,单位面积吞吐量达129.4 Gb·s^(-1)·mm^(-2),高于已发表的同类设计.

基于国密算法的地勘单位测绘地理信息安全加密方法

常规地理信息安全加密方法提取信息敏感数据时,忽略了数据时间序列的影响,提取耗时较长,导致信息加密后的抗攻击能力较低,因此,提出基于国密算法的地勘单位测绘地理信息安全加密方法。通过滑动窗口分段方法分割数据时间序列,保证数据的完备性,从而减少提取耗时,对敏感数据进行模数分解,得到对数较小的素数,基于分解结果,采用国密算法对信息进行批次性加密,组合成最终密文,完成地理信息的安全加密。实验结果表明:利用所提方法加密地理信息后,加密的置乱性较好,有效保证了测绘地理信息的私密性。

基于双链结构和国密算法的疫苗溯源方案

为解决传统疫苗溯源方案存在的数据易篡改、可信度低、追责难和信息孤岛等诸多弊端,实现疫苗信息在生产、流通、接种全过程中的安全存储和共享,提出一种基于双链结构和国密算法的疫苗溯源方案。选用私有链和联盟链双链结合的许可链作为底层架构,引入SM2、SM3国密算法用于代替一般区块链中使用的国际标准通用密码算法,实现更强的抗碰撞性和更高的签名可信度,在确保安全性的基础上进一步提高交易速率和自主性。实验结果表明,该方案交易速度快、运行成本低,不易遭到恶意攻击,可以防范来自内部和外部的安全攻击。该方案与我国疫苗行业的应用场景高度匹配,符合国家对于密码算法和信息安全自主可控的要求。

基于混合国密算法的车载数据安全传输方案

在车辆智能运维系统中,地面数据处理平台需要实时采集车辆运行状态数据,用于车辆运行监视和健康状态分析。为确保数据传输内容的安全,文章基于车载状态数据传输的应用场景,结合国密算法SM4与SM9的特点,提出了一套安全的数据传输方案。该方案使用国密SM4算法对明文的车载状态数据实行快速加密,保障了数据的机密性、完整性、抗攻击性和抗干扰性;使用国密SM9算法对SM4的密钥传输进行加密,保障了密钥的保密性、抗攻击性和不可抵赖性等。实验结果表明,相比其他方案,该方案能够同时满足车地数据传输的完整性、保密性和不可抵赖性要求,且在通用性和效率方面表现出色,适用于各类车辆、不同数据处理平台和多种通信网络环境,具备高吞吐量和低资源消耗的特点,应用前景广泛。

基于国密SM2算法的证书透明日志系统设计

证书透明日志系统具有广泛应用前景,但当前的证书透明日志系统多采用存在一定局限性的RSA算法和ECC算法,且无法识别基于国密算法的SSL证书。文章提出了一种基于国密SM2算法的证书透明日志系统设计方法,采用SM2算法生成日志系统签名密钥和数字签名证书透明日志数据,采用SM3算法作为系统的摘要算法来计算日志签名数据的哈希值,实现支持国密SSL证书的证书透明日志系统,用于保障国密SSL证书的安全可信。

SM3国密算法在Android内核的汇编语言快速实现

基于Android平台,设计并实现SM3国密算法的汇编语言。首先,使用Java本地接口(Java Native Interface,JNI)技术开发Android系统应用,设置动态库文件的生成配置。然后,对SM3国密算法的汇编语言进行调用,获取SM3算法哈希值,生成动态库文件。在获取Android内核的操作权限后,将生成的动态库文件嵌入Android内核,从而进行SM3国密算法在Android内核的汇编语言快速实现。在Pixel 2上的测试结果表明,在Android系统使用汇编语言实现SM3算法具有更高的实现速率。

基于国密算法的轻量级跳变密钥加密系统

针对传统密钥协商协议计算效率偏低、安全性不足,以及通信全程使用单一会话密钥所带来的安全隐患,提出了一种轻量级的基于任务的数字通信加密系统。该系统综合运用国密算法SM2、SM3和SM4,提供任务授权、身份认证、会话密钥协商、数据传输加密和时间戳保护等安全机制,采用跳变密钥加密会话消息以降低破解风险。性能测试结果表明:该系统可有效防御诸如未授权接入、身份冒充、信道窃听、数据篡改和重放攻击等安全威胁,具有安全性强、计算效率高、资源占用少、实现自组织和完全自主可控等特点。

一种基于国密算法的音视频选择性加密方案

针对目前以国密算法为基础的音视频数据加密方案不完善、加密效率与安全性难以权衡的问题,文章在腾讯实时音视频(Tencent Real-Time Communication,TRTC)架构下设计了一种基于国密算法的音视频选择性加密方案。根据音视频应用的特点与需求提出口令认证与协同签名相结合的身份认证方案,通过分析SM4算法与H.264编码方式的特点,使用SM4-CFB模式对编码后帧内关键语法元素IPM、MVD和RC进行加密,实现了高效的音视频数据选择性加密。实验证明,该方案有效降低了加密数据量,提高了加密速度,并且具有较高的密码安全性和感知安全性。

基于国密算法的食用菌区块链数据加密研究

针对传统食用菌溯源过程中存在数据篡改、管理中心化等问题,在分析食用菌供应链具体业务流程的基础上,构建基于区块链的食用菌供应链溯源模型。供应链的参与者上传信息到区块链之前,利用国密算法中分组加密算法和椭圆曲线加密算法相结合的方式进行加密,将密文上传到星际文件系统,返回哈希地址和加密的密钥上传到区块链,减缓链上的存储压力;监管方利用国密算法中椭圆曲线加密算法与可验证秘密共享方案相结合,保护数据隐私、防止数据易篡改。以上述溯源方案为基础,利用国密算法通过智能合约实现溯源数据加密。通过扩散性测试和性能测试,数据加密安全性和查询效率能够满足食用菌溯源的实际需求,为区块链应用在食用菌溯源方面提供了参考。

基于国密算法的伪卫星导航信号认证方法研究

全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)有诸多优势,但在一些有物理阻隔或电磁干扰的领域,GNSS的可用性、可靠性、精确性出现明显不足,由此可以使用一种基于地面设备的伪卫星系统进行导航定位服务。伪卫星信号体制细节公开,使得接收机易受到多种欺骗干扰的攻击。为了使信号传输更加安全,提出一种使用导航电文加密方法的信号防伪认证方案,并从安全性、可靠性和认证效率几方面对该方案进行评估。分析表明,所提方案能在保证较好的认证实效的同时,维持较低的通信成本与计算成本,解决了伪卫星系统缺乏认证机制、存在安全隐患的问题。

国密算法Python工具包的性能优化方法

针对现有国密算法Python库运行效率不高的问题,综合运用提前编译、调用成熟的密码运算链接库、预计算、并行执行、构造双字节S盒、减少函数调用、避免中间类型转换以及优化代码细节等性能优化方法,开发包含SM2,SM3,SM4,ZUC这4种国密算法的高效Python工具包.该工具包的所有算法均包含适合机器高效运行的加速版与适合教学的未加速版,填补了SM2密钥交换协议Python开源代码的空白.对比测试表明,相比现有开源国密算法Python库中性能最佳的实现,该工具包SM2性能为其10倍左右,而SM3,SM4,ZUC性能可达100倍以上,与成熟的国际密码算法Python库性能相当.

基于国密算法的电网AMI数据安全防护技术

随着电力系统智能化的快速发展,大量智能终端采集设备接入电力系统.为了有效提升电网高级量测体系(advanced metering infrastructure,AMI)中设备的安全防护能力,以电力系统费控二次系统为例,提出一种适用于电网AMI环境下的数据安全防护技术,通过引入数字证书实现电网数据传输过程中的双向身份认证.考虑电网AMI环境,在采集终端计算能力不足的前提下攫取数据的主要信息,得到基于改进SM2的密钥交换协议,并对其进行了具体的安全性能分析、开销分析和效率测试.结果表明,该技术具有较强的安全性和稳定性,在满足电网AMI数据传输安全的基础上,能够有效降低通信信息交换的开销耗损,并能同时满足多个终端的通信需求,有助于提升电网AMI的数据传输安全水平.

支持国密算法的区块链交易数据隐私保护方案

随着区块链技术的发展,链上数据共享越来越重要。当前区块链交易数据在链上公开透明,存在隐私数据共享受限问题,而且Hyperledger Fabric平台缺乏国密算法的支持,在国内应用中受限。文章首先采用国密算法改造Hyperledger Fabric平台;然后提出交易数据隐私保护方案,以国密算法完成对交易数据的安全和限时共享;最后对改造的Hyperledger Fabric平台和提出的方案做系统实现和性能测试。实验结果表明,文章方法实现了对Hyperledger Fabric平台的国密改造,该方案的执行效率和系统性能均满足实际需求。

国密算法应用研究综述

密码是信息安全的核心。推进国密算法的广泛应用,提高国密算法的性能,对保障国家的信息网络安全意义巨大。首先从国密算法产生的背景、常见的国密算法分类及性能等方面进行了综述,然后剖析了我国国密算法的应用研究现状,最后对国密算法未来发展提出建议。旨在为了解国密算法的应用和未来研究提供参考。

国密SM2、SM4混合算法在车联网中的应用研究

随着新一代车联网新兴产业形态的不断发展,配备先进车载传感器与控制执行器并结合现代通信技术的智能网联车载系统加速向智能化、数字化、网络化发展,而相应地,车辆的运行安全、数据安全和通信安全问题将更加复杂严峻,传统的通信技术已经无法满足车联网系统中低延时、高带宽、高可靠性等要求,针对工信部提出的《2025年车联网网络数据安全标准体系建设指南》中关于网络通信安全部分的要求,本文提出采用国密SM2、SM4混合算法在车联网数据通信中进行安全认证及数据的加密,构建智能安全可靠的车联网数据通信体系。