密码敏捷性与算法迁移工程：从策略到落地

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│  Layer 3: 数据层（Data Layer）                           │
│  - 已加密数据的解密/重加密能力                            │
│  - 已签名数据的重新签名能力                              │
│  - 数据库字段加密的密钥轮换                              │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│  Layer 2: 协议层（Protocol Layer）                       │
│  - TLS 密码套件协商                                      │
│  - IPsec SA 协商                                        │
│  - SSH 算法协商                                        │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│  Layer 1: 抽象层（Abstraction Layer）                    │
│  - 统一密码 API 接口                                    │
│  - 算法提供者注册与发现                                  │
│  - 密钥抽象（算法无关的密钥标识）                         │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

# ❌ 非敏捷：直接调用具体算法
def sign_data(data: bytes, private_key: RSAPrivateKey) -> bytes:
    return private_key.sign(data, PKCS1v15(), hashes.SHA256())

# ✅ 敏捷：通过抽象接口调用
class Signer(Protocol):
    def sign(self, data: bytes) -> bytes
    def algorithm_oid(self) -> str

class AlgorithmRegistry:
    """算法注册中心，支持运行时发现与切换"""
    _providers: dict[str, Signer] = {}
    
    @classmethod
    def register(cls, oid: str, provider: Signer):
        cls._providers[oid] = provider
    
    @classmethod
    def get(cls, oid: str) -> Signer:
        if oid not in cls._providers:
            raise UnsupportedAlgorithmError(oid)
        return cls._providers[oid]

# 国密 SM2 签名注册示例
AlgorithmRegistry.register("1.2.156.10197.1.501", SM2Signer())

ClientHello + KeyShare
  ┌──────────────────────────────┐
  │ supported_groups:            │
  │   X25519MLKEM768 (0x11EB)   │  ← 混合 PQC
  │   SecP256r1MLKEM768 (0x11EC)│
  │   X25519 (0x001D)           │
  │   SecP256r1 (0x0017)        │
  │   CurveSM2MLKEM768 (0x11EE) │  ← 国密 PQC 混合
  │                              │
  │ signature_algorithms:        │
  │   ECDSA-SecP256r1-SHA256    │
  │   ECDSA-SM2-SM3              │  ← 国密签名
  │   ED25519                    │
  └──────────────────────────────┘
           │
           ▼
ServerHello + KeyShare
  ┌──────────────────────────────┐
  │ selected_group:              │
  │   X25519MLKEM768 (0x11EB)   │  ← 服务器选择最高优先级
  │                              │
  │ signature_algorithm:         │
  │   ECDSA-SecP256r1-SHA256    │  ← 选定签名算法
  └──────────────────────────────┘

阶段 1: 双写（Dual Write）
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
新数据: OldEncrypt → OldDecrypt   ✅ 兼容
新数据: NewEncrypt → NewDecrypt   ✅ 支持
旧数据: OldEncrypt → OldDecrypt   ✅ 不变

阶段 2: 重加密（Re-encryption）
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
后台任务: 读取旧密文 → OldDecrypt → NewEncrypt → 写回
新数据: NewEncrypt → NewDecrypt   ✅ 全部走新算法
旧数据: NewEncrypt → NewDecrypt   ✅ 重加密完成

阶段 3: 退役（Retirement）
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
新数据: NewEncrypt → NewDecrypt   ✅
系统移除 OldDecrypt 实现

┌─────────────────────────────────────────────────┐
│         SM2 双证书体系（GM/T 0054-2018）          │
├─────────────────┬───────────────────────────────┤
│   签名证书       │        加密证书               │
├─────────────────┼───────────────────────────────┤
│ KeyUsage:       │ KeyUsage:                     │
│   digitalSignature│ keyEncipherment              │
│                 │   （keyAgreement for ECDH）    │
├─────────────────┼───────────────────────────────┤
│ 密钥管理：       │ 密钥管理：                     │
│   签名私钥：用户  │  加密私钥：CA 托管（可恢复）   │
│   持有，不可导出  │                               │
├─────────────────┼───────────────────────────────┤
│ 应用场景：       │ 应用场景：                     │
│   身份认证       │  密钥协商、会话加密             │
│   不可否认性     │  数据加密传输                   │
│   代码签名       │  TLS 握手加密                   │
└─────────────────┴───────────────────────────────┘

┌─────────────────────────────────────────────┐
│              双栈运行架构                      │
├─────────────────────┬───────────────────────┤
│     国际栈           │       国密栈           │
├─────────────────────┼───────────────────────┤
│ 协议: TLS 1.2/1.3    │ 协议: GM/T 0024       │
│ 证书: RSA/ECDSA      │ 证书: SM2              │
│ 对称: AES-128/256    │ 对称: SM4              │
│ 哈希: SHA-256/384    │ 哈希: SM3              │
├─────────────────────┴───────────────────────┤
│ 决策层: 客户端能力探测（ClientHello / 国密扩展）  │
├─────────────────────────────────────────────┤
│ 国际客户端 → 国际栈                          │
│ 国密客户端 → 国密栈                          │
│     （如同时支持，优先选择国密栈）               │
└─────────────────────────────────────────────┘

# Nginx 国密双证书配置（需编译国密模块）
server {
    listen 443 ssl;
    server_name sm2.example.com;
    
    # SM2 签名证书
    ssl_certificate /etc/nginx/certs/sm2_sign.crt;
    ssl_certificate_key /etc/nginx/certs/sm2_sign.key;
    
    # SM2 加密证书
    ssl_certificate /etc/nginx/certs/sm2_enc.crt;  
    ssl_certificate_key /etc/nginx/certs/sm2_enc.key;
    
    # 国密密码套件
    ssl_ciphers ECC-SM2-WITH-SM4-SM3:ECDHE-SM2-WITH-SM4-SM3;
    
    # 优先使用国密套件
    ssl_prefer_server_ciphers on;
}

import ssl

def select_tls_stackssl_context(client_hello: bytes) -> ssl.SSLContext:
    """基于客户端能力选择国际/国密 TLS 栈"""
    
    # 探测客户端是否支持国密密码套件
    # GM/T 0024 定义: ECC-SM2-WITH-SM4-SM3 (0xE013)
    #                 ECDHE-SM2-WITH-SM4-SM3 (0xE051)
    gm_cipher_suites = {0xE013, 0xE051}
    client_ciphers = extract_cipher_suites(client_hello)
    
    if client_ciphers & gm_cipher_suites:
        # 客户端支持国密，选择国密栈
        return create_gm_ssl_context(
            sign_cert="sm2_sign.crt",
            enc_cert="sm2_enc.crt",
            ciphers="ECC-SM2-WITH-SM4-SM3:ECDHE-SM2-WITH-SM4-SM3"
        )
    else:
        # 客户端不支持，回退到国际栈
        return create_standard_ssl_context(
            cert="rsa.crt",
            ciphers="ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384"
        )