密码学基础（一）：对称加密与非对称加密的区别，哈希函数的特性
各位同学，咱们今天聊聊密码学基础。别一听「密码学」就觉得高深莫测，其实在嵌入式 OTA 升级里，它就是个工具。我做了这么多年固件安全，说白了，加密和哈希就是保护你固件的两把锁。
先问个问题：你辛辛苦苦写完代码，编译成固件，通过网络发给设备。如果中间被人篡改了，设备跑起来会怎样？轻则死机，重则被植入后门。嗯，这就是我们要解决的问题。
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，用同一把钥匙锁门和开门。
常见的对称加密算法有 AES、DES、SM4（国密）。在嵌入式领域，AES-128 用得最多。为什么？因为硬件加速器几乎标配，速度快，功耗低。
核心特点：
- 加解密速度快，适合大数据量
- 密钥长度相对较短（128/256 位）
- 最大问题：密钥如何安全分发？
我在项目中遇到过一件事：有个同事把 AES 密钥硬编码在固件里，觉得没人能读到 Flash。结果产品被破解后，密钥直接暴露。你想想看，这等于把家门钥匙贴在门上。
避坑指南：我曾经见过一个团队，用对称加密给固件加密，但密钥通过明文传输。这相当于给保险箱上了锁，却把钥匙放在保险箱旁边。对称加密的密钥分发，必须依赖安全通道，比如后面要讲的非对称加密。
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。
用公钥加密的数据，只能用私钥解密。反过来，用私钥签名的数据，可以用公钥验证。这个特性，简直是 OTA 升级的福音。
常见的算法有 RSA、ECC（椭圆曲线）、SM2（国密）。在资源受限的嵌入式设备上，ECC 比 RSA 更受欢迎。为什么？同样的安全强度，ECC 的密钥更短，计算更快。
| 特性 | 对称加密 | 非对称加密 |
|---|---|---|
| 密钥数量 | 1 个 | 2 个（公钥 + 私钥） |
| 速度 | 快（硬件加速） | 慢（数学运算复杂） |
| 密钥分发 | 困难 | 公钥可公开 |
| 典型用途 | 数据加密 | 签名验证、密钥交换 |
| 嵌入式常用 | AES-128 | ECC-256 / RSA-2048 |
我个人的习惯是：用非对称加密做签名验证，用对称加密做数据加密。两者结合，取长补短。
哈希函数：数据的指纹
哈希函数，又叫散列函数。它能把任意长度的数据，变成固定长度的摘要。这个摘要，就像数据的指纹。
好的哈希函数有三个特性：
- 单向性：从摘要反推原始数据，几乎不可能
- 抗碰撞性：很难找到两个不同数据，产生相同摘要
- 雪崩效应：输入改一个比特，输出大变样
常见的哈希算法有 SHA-256、SHA-3、SM3（国密）。在 OTA 升级中，哈希函数主要用来做完整性校验。
实用技巧：我建议你在固件发布时，先计算整个固件的 SHA-256 哈希值。设备下载完成后，再算一遍。两个值一比对，就知道固件有没有被篡改。简单、高效、可靠。
举个例子：
# 发布端计算哈希
固件文件 → SHA-256 → a3f5b2c8d1e9...
# 设备端计算哈希
下载的固件 → SHA-256 → a3f5b2c8d1e9...
# 比对结果一致 → 固件完整哈希函数还有个妙用：密码存储。千万别明文存密码，存哈希值。用户登录时，算一遍哈希再比对。这样即使数据库泄露，攻击者也拿不到原始密码。
三者如何配合？
在 OTA 升级中，这三者不是孤立的。我画了张图，帮你理清关系：
流程其实很简单：
- 发布端计算固件哈希，用私钥对哈希签名
- 将固件、签名、哈希一起打包发送
- 设备端用预置的公钥验签，确认签名合法
- 再计算固件哈希，与收到的哈希比对
- 全部通过，才执行升级
关键点：签名验证保证了固件来源可信（是谁发的），哈希校验保证了固件内容完整（有没有被改）。两者缺一不可。
我个人习惯把公钥烧死在设备的只读存储区，比如 OTP（一次性可编程）区域。这样即使固件被破解，攻击者也改不了公钥。嗯，这里要注意：公钥虽然公开，但必须保证它的真实性。设备里存的公钥，必须是厂商的合法公钥。