【技术专栏】GM/T 0091-2020标准：基于口令的密钥派生技术解析

01、背景

在数字化转型的浪潮中，数据安全的重要性日益凸显。口令作为个人和企业最常用的身份验证手段，其安全性直接关系到账户安全和个人隐私保护。然而，随着网络攻击技术的发展，尤其是针对口令的攻击手段不断翻新，传统的口令保护机制面临着严峻挑战。为了应对这些挑战，密码学界不断探索和演进，形成了一系列的国际标准，如PKCS#5，旨在提高基于口令的密钥派生过程的安全性。

PKCS#5作为密码学标准的一个重要分支，自1993年首次发布以来，已经经历了多次更新和改进。2006年发布的PKCS#5 V2.1版本，引入了PBKDF2算法，显著提高了密钥派生过程的安全性。在此基础上，中国密码学界根据国内的实际需求，结合国际标准的发展，制定了GM/T 0091-2020《基于口令的密钥派生规范》。

GM/T 0091-2020标准的制定，不仅是对PKCS#5 V2.1的继承和发展，更是对国内密码学技术应用和创新的一次重要推动。它反映了国内在密码学领域的技术积累和自主创新能力，同时也展示了中国在构建安全网络环境方面的坚定决心和积极作为。

02、目的意义

GM/T 0091-2020标准的提出，旨在通过标准化的技术手段，增强基于口令的密钥生成过程的安全性，从而提升整个数据加密和认证过程的可靠性。这一标准的实施，具有以下重要意义：

提升安全性：通过先进的密钥派生机制，增强派生密钥的安全性。

保障数据完整性：引入消息认证机制，确保数据在传输过程中的完整性和真实性。

促进技术发展：推动密码学技术在安全领域的应用，促进国内密码学技术的创新和发展。

适应国际标准：与国际密码标准接轨，提升国际合作与交流的广度和深度。

03、方案介绍

1. 密钥导出函数PBKDF

GM/T 0091-2020规范采用PKCS#5 V2.1中的PBKDF2算法，通过迭代过程和伪随机函数（Pseudorandom Function，PRF）增强口令到密钥的转换过程。特别地，推荐使用HMAC-SM3算法，结合国内密码学算法SM3，以适应国内安全需求。GM/T 0091-2020规范中的密钥导出函数PBKDF是整个安全体系的核心。PBKDF（Password-Based Key Derivation Function）通过将用户的口令与盐值（Salt）结合，并经过多次迭代运算，生成一个强度更高的密钥。

关键技术参数：

-P：口令，用户设定的访问凭证。

-S：盐值，增加密钥派生过程的随机性，提高安全性。

-c：迭代次数，增加计算复杂度，抵御暴力破解攻击。

-dkLen：导出密钥长度，根据应用需求确定。

PRF：伪随机函数，标准给的实例是HMAC-SM3。

2. 基于口令的加密方案PBES

PBES方案利用PBKDF导出的密钥对数据进行加密，确保数据的机密性。规范推荐使用SM4-CBC-Pad算法，这是一种安全且高效的国产加密算法，适用于多种数据加密场景。

加密流程：

1. 使用PBKDF生成导出密钥；

2. 利用导出密钥和选定的加密算法对数据进行加密；

3. 输出密文供存储或传输。

3. 基于口令的消息认证方案PBMAC

PBMAC方案使用PBKDF导出的密钥生成消息认证码，为数据传输提供完整性和真实性保护。HMAC-SM3算法的引入，进一步加强了消息的安全性。

认证流程：

1. 对传输的消息使用PBKDF生成的密钥进行MAC计算；

2. 将计算得到的MAC与消息一同发送；

3. 接收方使用相同的密钥和消息进行MAC验证，以确保消息未被篡改。

04、规范的应用与展望

GM/T 0091-2020这一标准不仅为国内的信息系统提供了强有力的口令管理机制，而且其先进的密钥派生技术和消息认证方法，将极大地提升数据保护的能力。随着5G、物联网、云计算等新兴技术的快速发展，数据安全面临着前所未有的挑战。GM/T 0091-2020标准的应用，将为这些技术提供更加可靠的安全保障，确保数据在收集、传输、存储和处理的每一个环节都能得到有效的保护。

此外，随着全球信息化水平的不断提升，国际间的网络空间安全合作日益密切。GM/T 0091-2020标准的实施，将有助于推动中国与其他国家在密码学领域的交流与合作，共同应对跨国网络犯罪和网络安全威胁。通过这一标准的推广，可以加强国际社会对中国密码学技术的认识和信任，促进中国在全球网络安全治理中发挥更大的作用。同时，这也将为中国的信息技术产品和服务走向国际市场提供坚实的技术支撑和安全信誉保障，推动中国在全球信息安全领域的影响力和竞争力不断提升。

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