密码学基础回顾：对称加密、非对称加密、哈希函数

说起来，TLS 的安全根基，就踩在这三大密码学基石上。你别看 TLS 握手流程那么复杂，拆开来看，核心就是这三样东西在相互配合。

我记得刚接触密码学时，总觉得它们各干各的。后来在项目中做协议栈移植，才真正理解它们怎么“打配合”。今天就带你过一遍。

对称加密：快，但密钥怎么给？

对称加密，说白了就是加密和解密用同一把钥匙。你想想看，就像你家大门，进出都用同一把钥匙。

它的优点是快，非常快。硬件加速后，AES 加密吞吐量能到几十 Gbps。所以 TLS 传输数据时，用的是对称加密。

主流算法

我的选择：AES-256-GCM

我在项目中踩过一个坑——用了 AES-CBC 模式，但没有加 HMAC。结果被 padding oracle 攻击打得措手不及。后来我学乖了，能用 GCM 就用 GCM。它自带认证，能同时保证机密性和完整性。

// 示例：AES-256-GCM 加密（伪代码）
key = 随机生成 32 字节
nonce = 随机生成 12 字节
ciphertext, tag = AES_GCM_encrypt(key, nonce, plaintext, aad)
// 传输时：nonce + ciphertext + tag
// 解密时：用同样的 nonce 和 key，验证 tag

对称加密的核心问题——密钥怎么安全地给到对方？这就轮到非对称加密出场了。

非对称加密：慢，但能解决密钥分发

非对称加密，一对密钥：公钥加密，私钥解密。你想想看，公钥可以随便给，私钥自己藏好。这样就不用担心密钥传输问题了。

但别高兴太早，非对称加密很慢，比对称加密慢几个数量级。RSA 2048 加密一个 256 位的密钥，大概需要 1-2 毫秒。而 AES 加密几百 KB 数据，也就这个时间。

TLS 中的角色

• 身份认证： 证书里的公钥验证服务器身份
• 密钥交换： 保护预主密钥的传输
• 数字签名： 握手消息的签名验证

我在项目中用过的 RSA 与 ECC

我个人习惯推荐 ECDHE + ECDSA 的组合。原因很简单：握手更快，密钥更小。我做过对比测试，ECDHE P-256 比 DHE 2048 快 3-5 倍。

// 示例：ECDHE 密钥交换流程
1. 客户端生成临时密钥对 (client_private, client_public)
2. 服务端生成临时密钥对 (server_private, server_public)
3. 双方交换公钥
4. client 计算：shared_secret = ECDH(client_private, server_public)
5. server 计算：shared_secret = ECDH(server_private, client_public)
// 结果：双方得到相同的 shared_secret

哈希函数：指纹，防篡改

哈希函数，输入任意长度的数据，输出固定长度的摘要。你想想看，就像给人拍一张证件照——不管这个人高矮胖瘦，照片尺寸都是固定的。

它的核心特性：

1. 单向性： 从摘要反推原文，几乎不可能
2. 抗碰撞性： 找不到两个不同输入有相同摘要
3. 雪崩效应： 输入改一个比特，摘要完全不一样

哈希在 TLS 中的角色

• 证书指纹： 验证证书是否被篡改
• 消息认证码： HMAC 保护数据完整性
• 密钥衍生： HKDF 从共享秘密生成会话密钥

我的选择：SHA-256 和 SHA-384

// 示例：HMAC-SHA256
key = 对称密钥  // 注意：HMAC 的密钥不是哈希算法的密钥
message = 待验证数据
hmac = HMAC_SHA256(key, message)
// 接收方用同样的 key 和 message 计算 HMAC，比对是否一致

三者如何配合？一张图看懂

你看，对称加密负责传输，非对称加密负责密钥交换和身份认证，哈希负责完整性校验。缺一个都不行。

总结一下：TLS 中它们的分工

嗯，这里要再强调一下——对称加密的密钥抗不过暴力破解，非对称加密扛不住量子计算，哈希函数要小心长度扩展攻击。没有完美的算法，只有合适的组合。

我个人习惯把这三者看作一个团队：非对称是保安，负责身份验证和钥匙传递；对称是房主，负责快速开门关门；哈希是摄像头，盯着有没有被动手脚。少了谁，整个家都不安全。

好，今天的密码学基础就回顾到这里。把这些概念吃透，后面理解 TLS 握手流程会轻松很多。