密码学基础

说真的，很多搞TLS的人，密码学基础是薄弱的。

我自己早年也踩过坑。有一次排查一个SSL握手失败的问题，查了三天，最后发现是签名验证时哈希算法用错了。从那以后，我要求团队每个人必须先把这四个核心概念搞透：对称加密、非对称加密、哈希函数、数字签名。

它们是TLS的基石。不理解它们，密钥边界保护就是空中楼阁。

对称加密

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，一把钥匙既能锁门也能开门。发送方用密钥加密数据，接收方用同一个密钥解密。速度快，适合加密大量数据。

我在项目中遇到过一个问题。一个银行内部系统，用对称加密传输交易数据，密钥放在配置文件里。结果运维同事不小心把配置提交到了Git仓库。嗯，整个系统都得换密钥。

常用的对称加密算法：

• AES – 目前最主流的选择。我个人习惯用AES-256-GCM，带认证，能防篡改。
• SM4 – 中国国家密码标准，国密TLS里的核心算法。
• 3DES – 老了，别用了。我见过还在用3DES的项目，性能差还不安全。

非对称加密

和对称加密不同，非对称加密用一对密钥：公钥和私钥。

公钥可以公开，私钥必须保密。公钥加密的数据，只有私钥能解开。反过来，私钥签名的数据，公钥可以验证。

我经常跟新人说：公钥是锁，私钥是钥匙。你把锁给别人，别人锁上箱子，只有你能打开。

举个例子：TLS握手阶段，客户端用服务器的公钥加密一个临时密钥（前向保密场景下会复杂一些，但原理类似），服务器用私钥解密。之后双方用这个临时密钥做对称加密通信。

常见算法：

• RSA – 经典，但逐渐被淘汰。密钥越长越慢。
• ECC（椭圆曲线） – 更短的密钥达到相同安全强度。TLS 1.3 首选。
• SM2 – 国密标准，基于椭圆曲线。

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）
典型用途	批量数据加密	密钥交换、数字签名
密钥管理难度	高（需安全分发）	较低（公钥可公开）

哈希函数

哈希函数，你可以把它理解成数据的数字指纹。

任意长度的数据，经过哈希函数，输出一个固定长度的字符串。而且，哪怕原数据只改一个比特，哈希结果都会变得面目全非。

为什么TLS需要它？

• 验证数据完整性 – 收发双方对比哈希值，就知道数据有没有被篡改。
• 密码存储 – 不存明文密码，存哈希值。
• 证书签名 – 先对证书内容做哈希，再对哈希值签名，效率更高。

常用哈希算法：

• SHA-256 – 当前最低安全标准。
• SHA-3 – 新一代标准，更安全，但生态还在建设中。
• SM3 – 国密标准，输出256位，对标SHA-256。

哈希是单向的。你没办法从哈希值反推出原始数据。这个特性在TLS的密钥派生和证书验证里非常关键。

数字签名

数字签名解决的是身份认证和不可否认性。

签名过程：发送方用私钥对数据的哈希值加密，生成签名。接收方用公钥验证签名。

为什么先哈希再签名？因为非对称加密太慢了。对哈希值签名，相当于给整个数据打了一个防伪标签。

我记得有一次做国密TLS改造，客户问：“我怎么证明这个证书真的是CA签发的？”答案就在数字签名里。CA用自己的私钥签名证书，浏览器用CA的公钥验证。只要签名通过，证书就是真实的。

常见的签名算法：

• RSA-PSS – RSA的现代变体，比传统RSA签名更安全。
• ECDSA – 基于椭圆曲线，TLS 1.3 推荐。
• SM2 签名 – 国密标准，与ECDSA类似但不同。

这里有个细节：签名算法和哈希算法是绑定的。比如 ECDSA 通常搭配 SHA-256，SM2 搭配 SM3。选错了，握手就会失败。

好，这四个基础概念搞清楚了，我们就能理解国密TLS的密钥边界保护到底在保护什么。下面这张图梳理了它们之间的关系。

看到这个图你就明白了。TLS协议把四个基础技术串起来了：

• 非对称加密用来安全传递对称密钥
• 对称加密用来加密实际通信数据
• 哈希函数确保数据没被篡改
• 数字签名确认通信双方的身份

缺了任何一个，整个安全体系都会有漏洞。国密TLS也一样，只是把算法换成了SM2、SM3、SM4。逻辑是相通的。