SM9 Kimlik Tabanlı Kriptografi (IBC)

Geleneksel açık anahtar kriptografisi (RSA, SM2, ECC), "bu gerçekten Bob'un anahtarı mı?" sorusunu sertifikalarla yanıtlar: bir CA hiyerarşisi, rastgele görünen belirli bir anahtar bloğunun Bob'a ait olduğunu garanti eder. Kimlik tabanlı kriptografi bunu tersine çevirir: ad kendisi anahtar malzemesidir. Bob'un e-posta adresini bilen herkes, hiçbir şey almadan ona şifreleyebilir ya da imzalarını doğrulayabilir — sertifika dizini yok, güven zinciri doğrulaması yok. Bedeli, her özel anahtarı türetebilecek güvenilir bir üçüncü taraf ve çok daha ağır bir matematiktir. SM9, bu takasın standartlaştırılmış Çin örneklemesidir.

Rol	Nedir
Kimlik (ID)	Herhangi bir bayt dizisi, ör. bob@example.com, doğrudan genel anahtar olarak kullanılır. Kanonik olmalıdır: bayt bayt tam, aynı kişiye ait iki yazım olmamalıdır.
KGC	Anahtar Üretim Merkezi: ana özel anahtarı tutar, bir kimliğin kime ait olduğunu doğrular ve eşleşen kullanıcı özel anahtarını verir.
Ana anahtar çiftleri	İki bağımsız çift: imzalama (gizli ks, genel Ppub-s = [ks]P2) ve şifreleme (gizli ke, genel Ppub-e = [ke]P1). Kasıtlı asimetriye dikkat edin: bir ana genel anahtar G2'de, diğeri G1'de yaşar.
Kullanıcı özel anahtarı	KGC tarafından kimlikten türetilen eğri üzerinde bir nokta. İmzalama anahtarı dsA G1'de, şifre çözme anahtarı deB G2'dedir.
hid	Her anahtar türetmeye karıştırılan bir baytlık fonksiyon tanımlayıcısı; böylece tek bir kimlik imzalama, şifreleme ve anahtar değişimi için kriptografik olarak bağımsız anahtarlar üretir.
H1, H2, KDF	SM3 tabanlı yardımcı fonksiyonlar (GB/T 32905): karma-tamsayı eşlemeleri ve anahtar türetme fonksiyonu.
Eşleştirme e	Aşağıda tanımlanan 256 bitlik BN eğrisi üzerinde R-ate çift doğrusal eşleştirme e: G1 × G2 → GT. Tüm şemanın cebirsel motoru.

Alice, bob@example.com'a bir sır göndermek ister — Bob KGC ile hiç kaydolmamış olsa bile:

Neden çalışır: çift doğrusallık gereği, e(C1, deB) = e([r(H1+ke)]P1, [ke/(H1+ke)]P2) = e(P1, P2)r·ke = w — Alice'in KDF'ye kattığı değerin tam olarak aynısı. Zarif kısım 6. adımdır: şifrelemenin önceden kayıt gerektirmemesi. Alice bugün bir iletiyi mühürleyebilir; Bob ancak kimliğini KGC'ye kanıtladıktan sonra açabilir. Ertelenmiş anahtar üretimi, IBE'nin imza özelliğidir.

Alice, M iletisini imzalama anahtarı dsA ile imzalar:

Alice'in kimliğini bilen herkes, herhangi bir sertifika olmadan doğrular:

Yine çift doğrusallık döngüyü kapatır: u = e(P1,P2)l·ks ve gh = e(P1,P2)ks·h, dolayısıyla w′ = e(P1,P2)ks·(l+h) = e(P1,P2)ks·r = w.

SM9 seçerken gerçekten önemli olan karardır. İki dünya da açık anahtar şifrelemesi ve imzalar sunar; farkları güvenin nerede yaşadığında:

Yön	PKI / sertifikalar (SM2, RSA dünyası)	Kimlik tabanlı (SM9)
bob@… genel anahtarı	Bir sertifika içinde 65+ baytlık bir blok, bir dizinden ya da alıcının kendisinden alınır	bob@example.com dizgisinin kendisi; doğrulayıcı anahtarı ondan hesaplar
Güven kökü	Bir CA hiyerarşisi; her zincirin bir köke kadar doğrulanması gerekir	Tüm alan için tek bir KGC ana genel anahtarı
Alıcının bir anahtarı olmadan şifrelemek?	Hayır — önce onun geçerli sertifikasına ihtiyacınız var	Evet — şimdi şifreleyin; o sonra kaydolur ve çözer
Özel anahtar şunun tarafından üretilir	Kullanıcının kendi makinesi ya da cihazı (genellikle hiç ayrılmaz)	KGC, merkezi olarak, kimlikten
Anahtar emanetı	Tasarım gereği yok	Doğasında: KGC her kullanıcının özel anahtarını türetebilir
İptal	Sertifika başına CRL / OCSP	Eşdeğeri yok; olağan uygulama, anahtarların yapı gereği sona ermesi için kimliğe geçerlilik pencereleri gömmektir (ör. bob@example.com|2026)
İşlem başına maliyet	Düz ECC aritmetiği — hızlı	Bir doğrusal eşleştirme — skaler çarpmadan büyüklük mertebeleri daha yavaş
Standartlar	X.509 / RFC 5280; GB/T 32918 kapsamında SM2	GB/T 38635.1/.2-2020 (önceden GM/T 0044-2016)
Doğal ortam	Açık internet: TLS, kod imzalama, genel PKI	Kapalı ekosistemler: tek bir bankanın mesajlaşması, tek bir kurumun e-postası, filo/cihaz kimliği — merkezi bir otoritenin kabul edilebilir olduğu ve kayıtsız şifrelemenin karşılığını verdiği yerler

Pratik kural: SM9, anahtar emanetinin ve daha yavaş matematiğin bedeli karşılığında sertifikasız anahtar yönetimi sağlar. Her şeyi okuyabilen ya da herkesi taklit edebilen bir üçüncü tarafı kabul edemiyorsanız, SM2 sertifikalarında kalın; bir kuruluş içinde kayıtsız şifreleme hedefiyse SM9 tam olarak bu araçtır.

GB/T 38635.1-2020'den parametre seti (GM/T 0044.5-2017'de de bulunur). Bunlar salt okunur referans değerleridir — aşağıdaki öz-test bu sayfadaki her sabiti bağımsız olarak doğrulanmış değerlerle yeniden denetler:

Öğe	Değer
Eğri	Fp üzerinde Barreto–Naehrig (BN) eğrisi E: y2 = x3 + b, b = 05
Eğri parametresi t	60000000 0058F98A
Alan asalı p	B6400000 02A3A6F1 D603AB4F F58EC745 21F2934B 1A7AEEDB E56F9B27 E351457D
Grup düzeni N	B6400000 02A3A6F1 D603AB4F F58EC744 49F2934B 18EA8BEE E56EE19C D69ECF25
Parametreleştirme	p = 36t4 + 36t3 + 24t2 + 6t + 1; N = 36t4 + 36t3 + 18t2 + 6t + 1
Kofaktör	1
Gömme derecesi k	12 (alan kulesi Fp → Fp2 → Fp4 → Fp12)
Eşleştirme	R-ate eşleştirmesi e: G1 × G2 → GT, üç grubun da düzeni N
G1 üreteci P1 (E üzerinde)	x = 93DE051D 62BF718F F5ED0704 487D01D6 E1E40869 09DC3280 E8C4E481 7C66DDDD y = 21FE8DDA 4F21E607 63106512 5C395BBC 1C1C00CB FA602435 0C464CD7 0A3EA616
G2 üreteci P2 (E′ büküm eğrisinde: y2 = x3 + 5·u, Fp2 üzerinde, u2 = −2)	xc0 = 37227552 92130B08 D2AAB97F D34EC120 EE265948 D19C17AB F9B7213B AF82D65B xc1 = 85AEF3D0 78640C98 597B6027 B441A01F F1DD2C19 0F5E93C4 54806C11 D8806141 yc0 = A7CF28D5 19BE3DA6 5F317015 3D278FF2 47EFBA98 A71A0811 6215BBA5 C999A7C7 yc1 = 17509B09 2E845C12 66BA0D26 2CBEE6ED 0736A96F A347C8BD 856DC76B 84EBEB96 (Fp2 elemanları c0 + c1·u olarak yazılmıştır)
Karma / KDF	H1, H2 ve KDF, SM3 üzerine kuruludur (GB/T 32905-2016); hid, KGC tarafından seçilen bir baytlık fonksiyon tanımlayıcısıdır

• SM9 (bu sayfa) — anahtar yönetiminde yıkıcı yenilik: sertifikalar yerine kimlikler, CA hiyerarşisi yerine KGC.
• SM3 — karma; SM9'un H1/H2/KDF'si onun üzerine kuruludur. Özetleri SM3 sayfasında hesaplayın.
• SM4 — SM9'un KDF'sinin ürettiği anahtar altında toplu veriyi genellikle şifreleyen blok şifresi. SM4 sayfasında deneyin.
• SM2 — sertifika dünyasının karşılığı: aynı işler (imzalama, şifreleme), sıradan ECC ve arkasında bir PKI ile. SM2 sayfasında tam hesap makinesi.

• "Kimlik genel anahtardır, dolayısıyla herkes postamı çözebilir." Hayır — herkes kimliğe şifreleyebilir ve ondan gelen imzaları doğrulayabilir; yalnızca KGC'nin verdiği özel anahtarın sahibi şifre çözebilir ya da imzalayabilir. KGC, deB'yi vermeden önce Bob'un gerçekte kim olduğunu denetler.
• Anahtar emanetini (key escrow) yok saymak. Ele geçirilmiş bir KGC ana anahtarı, saldırganın her kullanıcının özel anahtarını sessizce türetebileceği anlamına gelir — alan için toplam şifre çözme ve toplam kimlik taklidi. Bu tasarım gereğidir (kimlik tabanlı kriptografinin işleyişi bu), yamanacak bir hata değil. Operasyonel olarak hafifletin: HSM, kuruluşlar arasında bölünmüş eşik KGC, sıkı verme denetim günlükleri.
• Kimlik dizgisinin esnek olduğunu varsaymak. Bayt bayt tam olarak karmalanır: Bob@Example.COM, bob@example.com ve " bob@example.com" üç farklı genel anahtar ve üç farklı özel anahtardır. Dağıtımdan önce tek bir kanonik biçim belirleyin — ve iptal için bir geçerlilik penceresi eklemeyi düşünün.
• "256 bitlik eğri, dolayısıyla 256 bitlik güvenlik." Eşleştirme tabanlı kriptografi düz ECC gibi ölçeklenmez: saldırılar, indeks-hesaplama (alt-üstel) algoritmalarının uygulandığı devasa F_p12/F_p6 alanlarında işler. Yayımlanmış analizler 256 bitlik BN eğrilerini yaklaşık ~100–128 bitlik güvenlik sınıfına koyar ve araştırmacılar SM9 için daha büyük BN parametreleri önermiştir (ör. "Searching BN Curves for SM9", 2019). SM9'u kabaca AES-128 sınıfı olarak görün — sağlam, ama 256 bitlik bir kale değil.
• OpenSSL'de bekleyerek. OpenSSL SM2/SM3/SM4'ü uygular ancak SM9'u içermez. Çalışan açık kaynak yığınlar arasında GmSSL ve Bouncy Castle bulunur.

SM9 bir Çin icadı mı? Kavram değil: Shamir kimlik tabanlı kriptografiyi 1984'te önerdi ve Boneh–Franklin (2001) ilk pratik eşleştirme tabanlı IBE'yi kurdu. SM9 (GM/T 0044-2016, ardından GB/T 38635.1/.2-2020), bu soyun Çin ulusal standardı örneklemesidir.

Neden bu sayfada SM9 hesap makinesi yok? SM2/SM3/SM4'ten farklı olarak SM9 bir doğrusal eşleştirme gerektirir: bir F_p12 genişletme alanı kulesi, bir Miller döngüsü ve bir son üs alma — dikkatli büyük sayı kodunun birkaç bin satırı. Aile yol haritasındadır; o zamana kadar bu sayfa algoritmayı belgeler ve kardeş sayfalar paketin geri kalanını tarayıcıda hesaplar.

SM9, SM2, SM3 ve SM4'ün yerini alabilir mi? Hayır — farklı sorunları çözerler. SM9 ilkellerin değil sertifika altyapısının yerini alır: içinde karma ve anahtar türetme için SM3'e dayanır ve sarılmış toplu anahtar tipik olarak SM4'ü sürer. Anahtar emanetine gerek kalmadan sertifika tarzı hesap verebilirlik gerektiğinde cevap hâlâ SM2'dir.

hid tam olarak nedir? Her H1 karmasına karıştırılan, bir baytlık bir fonksiyon tanımlayıcısıdır (KGC tarafından seçilir ve yayımlanır). İmzalama anahtarları, şifreleme anahtarları ve anahtar değişimi anahtarları kimliği farklı hid değerleriyle karmaladığından, sızdırılmış tek bir kullanıcı anahtarı yalnızca o tek fonksiyonu tehlikeye atar.

Kimlikler nasıl iptal edilir? SM9 içinde bir CRL mekanizması yoktur. Standart uygulama: son kullanma tarihini kimliğin kendisine gömün (bob@example.com|2026-Q4), böylece anahtarlar periyodik olarak yeniden verilmelidir ve KGC iptal edilmiş kimlikler için basitçe vermeyi durdurur.

SM9 gerçekte nerede kullanılıyor? Düzenlemeye tabi Çin sektörlerinde — bankacılık, devlet ve endüstri mesajlaşmasında — genellikle tek bir otoritenin kabul edilebilir olduğu ve "bugün bir e-posta adresine şifrele, yarın kullanıcıyı kaydet" yaklaşımının eşleştirme maliyetine değdiği kapalı ekosistemlerde.