密码学基础（上）：对称加密与非对称加密、哈希函数（SHA256）、数字签名原理
好，咱们直接进入正题。密码学这东西，听起来高大上，其实说白了就是两件事：藏起来和验真身。做固件签名联调，你绕不开这些基础概念。我当年第一次接触时，也被各种术语搞得头晕，后来发现，抓住核心逻辑，一通百通。
一、对称加密：一把钥匙开一把锁
对称加密，顾名思义，加密和解密用的是同一把密钥。就像你家的门锁，用一把钥匙锁上，再用同一把钥匙打开。
核心流程：
- 发送方用密钥K，把明文加密成密文。
- 接收方收到密文后，用同样的密钥K解密，还原出明文。
常见算法：
| 算法 | 密钥长度 | 特点 |
|---|---|---|
| AES | 128/192/256位 | 目前最主流，硬件加速支持好 |
| DES | 56位 | 太老了，别用了，我见过老项目还在用，赶紧劝他们升级 |
| SM4 | 128位 | 国标，国内项目必须考虑 |
优点：速度快，适合加密大量数据。
缺点：密钥分发困难。你想想看，如果密钥在传输过程中被截获，那加密就形同虚设。
缺点：密钥分发困难。你想想看，如果密钥在传输过程中被截获，那加密就形同虚设。
我的经验：在嵌入式设备里，对称加密常用于加密固件包本身。但密钥怎么安全地存到设备里？这是个头疼的问题。我曾经在一个IoT项目里，直接把AES密钥硬编码在代码里，结果被逆向出来……嗯，后来被骂得很惨。
二、非对称加密：公钥私钥，各司其职
非对称加密就聪明多了。它有一对密钥：公钥和私钥。公钥可以公开，私钥必须保密。
核心逻辑：
- 公钥加密，私钥解密：任何人用你的公钥加密数据，只有你能用私钥解开。用于加密通信。
- 私钥签名，公钥验签：你用私钥对数据签名，别人用你的公钥验证签名是否是你本人所为。用于身份认证和完整性校验。
常见算法：
| 算法 | 典型密钥长度 | 用途 |
|---|---|---|
| RSA | 2048/4096位 | 最经典，签名和加密都行 |
| ECC（椭圆曲线） | 256位（相当于RSA 3072位） | 密钥更短，性能更好，嵌入式首选 |
| SM2 | 256位 | 国密标准，国内项目必备 |
注意：非对称加密非常慢，比对称加密慢几百到上千倍。所以实际应用中，我们通常用非对称加密来传输对称密钥，然后用对称密钥加密实际数据。这叫混合加密。
三、哈希函数（SHA256）：数据的指纹
哈希函数，你可以把它想象成一个榨汁机。不管扔进去什么（一个字节的文件，还是几个G的电影），榨出来的汁（哈希值）长度都是固定的。而且，只要原料有一丁点不同，榨出来的汁就完全不一样。
SHA256 的特点：
- 固定输出：无论输入多大，输出都是256位（32字节）。
- 单向性：从哈希值无法反推出原始数据。说白了，就是不可逆。
- 抗碰撞性：几乎不可能找到两个不同的输入，产生相同的哈希值。
在固件签名中的作用：
我们不会直接对整个固件进行非对称签名，因为固件可能很大，签名会很慢。正确的做法是：
- 先对固件计算SHA256哈希值，得到一个32字节的摘要。
- 然后对这个摘要进行签名。
为什么这么做？因为哈希值很小，签名速度快。而且只要固件被篡改，哈希值就会变，签名验证就会失败。一举两得。
四、数字签名原理：给固件盖个章
数字签名，说白了就是私钥签名，公钥验签。它解决了三个问题：
- 完整性：固件有没有被篡改？
- 真实性：这个固件是不是声称的发布者签发的？
- 不可否认性：发布者不能事后抵赖说“我没签过”。
签名流程（发布者）：
- 对固件计算SHA256哈希值，得到摘要H。
- 用发布者的私钥对摘要H进行加密（即签名），得到签名值S。
- 将固件 + 签名值S + 公钥（可选）打包发布。
验签流程（设备端）：
- 设备收到固件后，自己计算SHA256哈希值，得到摘要H1。
- 用发布者的公钥对签名值S进行解密，得到摘要H2。
- 比较H1和H2。如果相等，验签通过；否则，固件被篡改或签名无效。
避坑指南：我曾经在一个项目里，设备端验签时忘了比较哈希值，只检查了签名解密是否成功。结果攻击者随便伪造了一个签名，解密竟然成功了（因为算法特性），但解密出来的内容根本不是哈希值。嗯，那次联调搞了三天才找到问题。记住：一定要比较解密后的哈希值！
五、知识体系结构图
下面这张图，帮你理清今天讲的所有概念之间的关系：
你看，对称加密、非对称加密、哈希函数，这三者最终汇聚到数字签名上。数字签名不是凭空产生的，它是这三者的组合应用。搞懂了这个关系，后面讲固件签名流程时，你就知道每一步在干什么了。
最后提醒一句：密码学算法本身是安全的，但实现和应用才是漏洞的重灾区。比如随机数生成器不够随机、密钥存储不当、签名验证逻辑不完整……这些坑，我几乎都踩过。后面章节我们会逐一拆解。
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