SM2 签名前要进行的预处理操作
一般情况下，计算数字签名时应执行以下操作：
1. 计算原始数据的 Hash 值；
2. 将 Hash 值作为输入，计算签名函数的输出。并不是对原始数据直接签名，而是对 Hash 值签名。
验证签名时应执行以下操作：
1. 计算原始数据的 Hash 值；
2. 将 Hash 值和签名值作为输入，计算验签函数的输出，根据输出判断签名为“有效”或“无效”。
这只是一个简单描述，实际上 PKCS#1 中规定的签名和验签过程要复杂得多。
计算 SM2 签名和验签的过程有点特殊，因为根据国内的行业标准，SM2 签名算法要和 SM3 Hash 算法搭配使用，并且计算 SM2 签名的输入并不是待签名数据的 SM3 杂凑值，而是一个预处理阶段的输出。
预处理分为两步：
1. 定义一个级联生成的字节流 T1 = ENTL || ID || a || b || x_G || y_G || x_A || y_A，
其中 || 表示字节流的拼接，
ENTL 是用两个字节表示的签名者 ID 的比特长度（注意不是字节长度），
ID 为签名者的标识，
a, b, x_G, y_G 都是标准中给定的值， x_A 和 y_A 是签名者的公钥,
对字节流 T1 计算 SM3 杂凑值，得到的输出为 Z = SM3(T1)。
这一步并没有用到待签名数据。
2. 将待签名数据用 M 表示，将 Z 与待签名数据级联，得到 T2 = Z || M，计算 T2 的杂凑值，即 SM3(T2)，SM3(T2)才是 SM2 签名函数的真正输入。
注意预处理中用到的数都采用 big-endian 表示法！
从上面的预处理过程可以看出，当验证签名时，也要经过同样的预处理过程，将预处理阶段的输出、签名值作为验签函数的输入。
网上有很多 SM3 杂凑算法的开源实现，比如这个网址上提供的：https://github.com/siddontang/pygmcrypto/tree/master/src 。但是一般能找到的 SM3 实现都没有提供预处理功能，所以是不能直接用作计算 SM2 签名和验签的输入。在上面网址提供的 SM3 实现基础上，本文将给出一个预处理的实现。首先从标准中可以查到预处理第 1 步中 a、b、x_G 、 y_G 的值。签名者的公钥通常是以结构体的形式给出的，对于加密机，公钥定义为
typedef struct ECCrefPublicKey_st
{
unsigned int bits;
unsigned char x[64];
unsigned char y[64];
} ECCrefPublicKey;
对于 Ukey，公钥定义为
typedef struct Struct_ECCPUBLICKEYBLOB
{
ULONG BitLen;
BYTE XCoordinate[64];
BYTE YCoordinate[64];
} ECCPUBLICKEYBLOB;
注意这两个结构体在本质上是一样的。ECCPUBLICKEYBLOB 中出现的 ULONG 并不是 unsigned long，在 Ukey 国内标准中将 ULONG 定义为无符号 32 位整数类型，因此可以把这个 ULONG 看作是 unsigned int。
对于 SM2 算法，公钥的 X 分量和 Y 分量都是 32 字节长，因为以 big-endian 方式存放在对应数组中，对应数组大小为 64 字节，所以数组中前 32 字节的值为 0， 后 32 字节的值对应于分量。这一点在从数组中提取出分量值时要用到。
下面给出 SM2 签名前的预处理的计算 C 程序：
/************************************************** * Author: HAN Wei * Author's blog: http://blog.csdn.net/henter/ * Date: Oct 30th, 2013 * Description: the following codes demonstrates how to perform SM3 Hash pre-process for SM2 signature **************************************************/ #include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include "sm3.h"/***************************************************函数名称：SM3HashWithPreprocess*功能: 计算 SM3 杂凑值（可能包含为满足 SM2 签名要求所做的预处理操作）*参数: input[in] 输入数据 input_byte_len[in] 输入数据的字节长度 public_key[in] 签名者的公钥 public_key_byte_len[in] 签名者公钥的字节长度 signer_ID[in] 签名者的 ID 值 signer_ID_byte_len[in] 签名者 ID 的字节长度 hash_value[out] SM3 杂凑值 hash_value_byte_len_pointer[out] 指向表示 SM3 杂凑值字节长度变量的指针*返回值: 0 成功 -1 失败*备注： 如果以下四个条件： a) 输入参数 public_key 是空指针； b) 输入参数 public_key_byte_len 的值等于 0； c) 输入参数 signer_ID 是空指针； d) 输入参数 signer_ID_byte_len 的值等于 0。 中有一个成立，就直接计算输入数据 input 的 SM3 杂凑值， 忽略输入参数 public_key, public_key_byte_len, signer_ID 和 signer_ID_byte_len，这时不会进行 SM2 算法签名预处理 操作。 如果四个条件全部不成立，才执行 SM2 算法签名预处理操作， 预处理计算过程遵循 GM/T 0009《 SM2 密码使用规范》。**************************************************/int SM3HashWithPreprocess(unsigned char *input, unsigned int input_byte_len, unsigned char *public_key, unsigned int public_key_byte_len, unsigned char *signer_ID, unsigned int signer_ID_byte_len, unsigned char *hash_value, unsigned int *hash_value_byte_len_pointer);/*********************************************************/int SM3HashWithPreprocess(unsigned char *input, unsigned int input_byte_len, unsigned char *public_key, unsigned int public_key_byte_len, unsigned char *signer_ID, unsigned int signer_ID_byte_len, unsigned char *hash_value, unsigned int *hash_value_byte_len_pointer){ unsigned short ID_bit_len; unsigned char *step1_input; unsigned int step1_input_byte_len; unsigned char step1_output[32]; unsigned char *step2_input; unsigned int step2_input_byte_len; unsigned char a[32]={0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFE, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFC}; unsigned char b[32]={0x28, 0xE9, 0xFA, 0x9E, 0x9D, 0x9F, 0x5E, 0x34, 0x4D, 0x5A, 0x9E, 0x4B, 0xCF, 0x65, 0x09, 0xA7, 0xF3, 0x97, 0x89, 0xF5, 0x15, 0xAB, 0x8F, 0x92, 0xDD, 0xBC, 0xBD, 0x41, 0x4D, 0x94, 0xE, 0x93}; unsigned char x_G[32]={0x32, 0xC4, 0xAE, 0x2C, 0x1F, 0x19, 0x81, 0x19, 0x5F, 0x99, 0x4, 0x46, 0x6A, 0x39, 0xC9, 0x94, 0x8F, 0xE3, 0xB, 0xBF, 0xF2, 0x66, 0xB, 0xE1, 0x71, 0x5A, 0x45, 0x89, 0x33, 0x4C, 0x74, 0xC7}; unsigned char y_G[32]={0xBC, 0x37, 0x36, 0xA2, 0xF4, 0xF6, 0x77, 0x9C, 0x59, 0xBD, 0xCE, 0xE3, 0x6B, 0x69, 0x21, 0x53, 0xD0, 0xA9, 0x87, 0x7C, 0xC6, 0x2A, 0x47, 0x40, 0x2, 0xDF, 0x32, 0xE5, 0x21, 0x39, 0xF0, 0xA0};// 下面定义的结构体 x 用于判断当前环境是 big-endian 还是 little-endian union { int i; char c[sizeof(int)]; } x; if ( (!public_key) || (!public_key_byte_len) || (!signer_ID) || (!signer_ID_byte_len) ) { sm3(input, input_byte_len, hash_value); *hash_value_byte_len_pointer = 32U; return 0; }// 下面为满足 SM2 签名的要求，做预处理操作 step1_input_byte_len = (2 + signer_ID_byte_len + 32 * 6); if ( !(step1_input = (unsigned char *)malloc(step1_input_byte_len)) ) {#ifdef _DEBUG printf("malloc function failed at %s, line %d!\n", __FILE__, __LINE__);#endif return (-1); } /* 预处理1 */ ID_bit_len = (unsigned short)(signer_ID_byte_len*8);/* 判断当前环境是 big-endian 还是 little-endian。 国密规范中要求把 ENTL(用 2 个字节表示的 ID 的比特长度) 以 big-endian 方式作为预处理 1 输入的前两个字节 */ x.i = 1; if(x.c[0] == 1) /* little-endian */ { memcpy(step1_input, (unsigned char *)(&ID_bit_len) + 1, 1); memcpy((step1_input + 1), (unsigned char *)(&ID_bit_len), 1); } else /* big-endian */ { memcpy(step1_input, (unsigned char *)(&ID_bit_len), 1); memcpy((step1_input + 1), (unsigned char *)(&ID_bit_len) + 1, 1); } memcpy((step1_input + 2), signer_ID, signer_ID_byte_len); memcpy((step1_input + 2) + signer_ID_byte_len, a, 32); memcpy((step1_input + 2) + signer_ID_byte_len + 32, b, 32); memcpy((step1_input + 2 + signer_ID_byte_len + 64), x_G, 32); memcpy((step1_input + 2 + signer_ID_byte_len + 96), y_G, 32); memcpy((step1_input + 2 + signer_ID_byte_len + 128), (public_key + 4 + 32), 32); memcpy((step1_input + 2 + signer_ID_byte_len + 160), (public_key + 4 + 64 + 32), 32); sm3(step1_input, step1_input_byte_len, step1_output);/* 预处理2 */ step2_input_byte_len = (32 + input_byte_len); if ( !(step2_input = (unsigned char *)malloc(step2_input_byte_len)) ) {#ifdef _DEBUG printf("malloc function failed at %s, line %d!\n", __FILE__, __LINE__);#endif free(step1_input); return (-1); } memcpy(step2_input, step1_output, 32); memcpy((step2_input + 32), input, input_byte_len); sm3(step2_input, step2_input_byte_len, hash_value); *hash_value_byte_len_pointer = 32U; free(step1_input); free(step2_input); return 0;}编译时要用到文件 sm3.h 和 sm3.c，这两个文件的下载网址前面已经给出。