密码学基础回顾：对称加密与非对称加密、哈希函数、数字签名原理、公钥基础设施(PKI)概念

做固件签名和密钥烧录，绕不开密码学。很多工程师觉得这东西太理论，直接跳过。我刚开始也这么想，结果第一次做安全启动方案时，连签名验证流程都画不对。后来老老实实补了课，才发现——不懂密码学，密钥烧录就是瞎搞。

这一章，咱们把核心概念过一遍。不扯复杂的数学公式，只讲你写代码、配工具时真正用得上的东西。

对称加密，说白了就是加密和解密用同一把钥匙。你拿钥匙锁门，拿同一把钥匙开门。

常见的算法有 AES、DES、SM4。AES 现在用得最多，128 位密钥是底线，我建议直接用 256 位。

对称加密的核心痛点：密钥分发。你和对方通信，怎么安全地把这把钥匙交给对方？如果密钥在传输过程中被截获，加密就形同虚设。

我在一个 IoT 项目里遇到过这种情况：设备端和服务器用 AES 通信，密钥写死在固件里。结果固件被反编译，密钥直接暴露。嗯，那批设备后来全部召回升级。

非对称加密，有一对密钥：公钥和私钥。公钥可以公开，私钥必须保密。

你想想看，如果我用私钥加密一段数据，任何人都能用我的公钥解密——这就能证明数据确实是我发的。反过来，别人用我的公钥加密数据，只有我能用私钥解密——这就实现了安全通信。

实际项目中，非对称加密很少用来加密大量数据。为什么？太慢了。RSA 2048 位加密 1KB 数据，比 AES 慢两个数量级。所以常见的做法是：用非对称加密传输对称密钥，再用对称密钥加密实际数据。这叫「混合加密」，HTTPS 就是这么干的。

我的建议：在嵌入式设备上，如果 CPU 没有硬件加速，尽量别用 RSA 做大量数据加密。ECC（椭圆曲线）在同等安全强度下密钥更短、计算更快，更适合资源受限的场景。

哈希函数，很多人误以为它是加密。其实不是。哈希是单向的——你从输入算出哈希值很容易，但从哈希值反推输入，几乎不可能。

哈希函数有几个关键特性：

在固件签名里，哈希函数的作用是什么？给固件算一个「指纹」。你签名时签的不是整个固件，而是固件的哈希值。这样既省时间，又保证完整性。

我曾经踩过一个坑：用 MD5 做固件完整性校验。后来发现 MD5 已经被破解，可以人为构造碰撞。从那以后，我所有项目都强制要求 SHA-256 起步。

注意：MD5 和 SHA-1 已经不安全，不要再用于任何安全场景。SHA-256 是目前的最低标准。如果对安全性要求极高，可以考虑 SHA-384 或 SHA-512。

数字签名，是非对称加密 + 哈希函数的组合应用。流程是这样的：

这就是数字签名的核心逻辑：防篡改 + 防抵赖。你想想看，如果固件被改了，哈希值对不上，签名验证就失败。如果签名不是用你的私钥生成的，公钥解密出来的哈希值也是乱的。

在密钥烧录场景里，我们通常把公钥烧进设备，私钥留在产线服务器或 HSM（硬件安全模块）里。设备启动时，用烧录的公钥验证固件签名——这就是安全启动的根基。

好，现在问题来了：你拿到一把公钥，怎么确定它真的是对方发的？万一中间人把公钥换了呢？

这就是 PKI 要解决的问题。PKI 的核心是证书——证书就是一张「数字身份证」，由可信的第三方（CA，证书颁发机构）签发。证书里包含：

验证流程是这样的：

在嵌入式领域，我们不一定用公网 CA。很多公司自建 CA，或者用自签名的证书链。比如在产线上，我们可能用一台专门的签名服务器做 CA，给每个设备签发设备证书。设备出厂时，证书和私钥一起烧进去。

一句话总结 PKI：PKI 就是一套「谁信谁」的信任体系。你信任根 CA，根 CA 签发了中间 CA，中间 CA 签发了终端证书——这就形成了一条证书链。只要链上的每个签名都验证通过，终端证书就是可信的。

下面这张图，把本章的核心概念串起来了。你可以把它当作一个快速参考：

讲到这里，你应该能感觉到：这些概念不是孤立的。在密钥烧录和固件签名的实战中，它们是这样配合的：