📚 课程目录第2章密码学基础回顾

密码学基础回顾：对称加密与非对称加密、哈希函数与消息认证码、数字签名与证书、密钥生成与随机数

聊 KMS 之前，得先把这几个密码学基础夯实了。我平时带团队，发现不少问题其实都出在基本功上——你想想，密钥都管不好，存储安全就是空中楼阁。

对称加密与 AES

对称加密，说白了就是加密和解密用同一个密钥。就像你用一把钥匙锁门，同一把钥匙开门。速度快，适合大量数据。

AES 是我最常用的对称算法。128 位密钥基本够用，但我在金融机构的项目里，客户强制要求用 256 位。嗯，合规需要，成本也不高。

小提示：AES 有 ECB、CBC、GCM 等模式。ECB 不安全，别用了。我见过有人把 ECB 用在图片加密上，结果密文还能看出轮廓……GCM 带认证，推荐。

非对称加密与 RSA/ECC

非对称加密，一对儿密钥——公钥公开，私钥自己藏着。加密用公钥，解密用私钥。说白了，别人用我的公钥加密消息，只有我能解开。

RSA 经典，但密钥越长越慢。我做过一个 IoT 项目，设备 CPU 弱，RSA 2048 位握手直接超时。后来换了 ECC（椭圆曲线），256 位就能达到同等安全强度，速度快了不少。

特性	对称加密	非对称加密
密钥	单一密钥	公钥+私钥
速度	快（硬件加速）	慢（数学运算复杂）
典型用途	数据加密	密钥交换、数字签名
代表算法	AES, SM4	RSA, ECC, SM2

哈希函数与消息认证码

哈希函数，把任意长度消息变成固定长度的摘要。不可逆，雪崩效应——改一个 bit，结果天差地别。

我曾经遇到一个运维同学，拿 MD5 当密码哈希用。我赶紧让他停掉——MD5 已经能被碰撞了。现在推荐 SHA-256 或 SM3。

消息认证码（MAC），是在哈希上加了一把钥匙。你想想看，光哈希能验证完整性，但谁都能算。加上密钥之后，只有持有密钥的人才能算出正确的 MAC，这叫“带密钥的哈希”。

警告：别把哈希和 MAC 搞混。哈希只防无意的篡改，MAC 才能防恶意的伪造。我当年维护过一个支付系统，有人用哈希替代 MAC 做接口签名，结果被中间人攻击……学费交得有点贵。

数字签名与证书

数字签名是反过来的非对称加密——用私钥签名，用公钥验证。说白了，你拿私钥给一段数据打个标记，别人用你的公钥一验，就知道这数据是你发的，而且没被改过。

证书呢？就是把公钥和身份绑在一起。比如 HTTPS 里用的 X.509 证书，CA 机构帮你背书。我自己搭建过内部 KMS 的 CA，签发证书时注意两点：一是证书链要完整，二是私钥存储必须安全（硬件安全模块）。

密钥生成与随机数

这是 KMS 的根基。密钥生成的核心是——随机数质量。如果你用了一个可预测的随机数，密钥等于没生成。我记得有个项目，某厂商用的 rand() 函数，种子是当前时间戳，测试的时候我直接逆推出来了……那场面，尴尬。

好的随机数来源：硬件的真随机数生成器（TRNG），或者操作系统的 /dev/urandom。我在生产环境里只用 TRNG，配合 NIST SP 800-90A 的 DRBG 做后处理。

# 安全随机密钥生成示例（Python）
import os
from cryptography.hazmat.primitives import key_serialization, hashes
from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import rsa

# 对称密钥
aes_key = os.urandom(32)  # 256位
print(f"AES Key (hex): {aes_key.hex()}")

# 非对称密钥对
private_key = rsa.generate_private_key(
    public_exponent=65537,
    key_size=2048,
)
private_bytes = private_key.private_bytes(...)  # 建议用 PKCS8 + 加密

核心原则：密钥生成时使用的随机数，必须在密码学上安全。生产环境永远不要用伪随机数生成器（PRNG）中的 weak 版本，比如 Python 的 random 模块。

好，把这些基础概念串起来，我画了一张图，看看它们之间的关系。

这图我画了半天——中心是密钥生成与随机数，它给对称加密、非对称加密、哈希函数提供高质量的密钥或种子。对称加密和非对称加密管机密性，哈希和 MAC 管完整性与认证，最后数字签名和证书把公钥绑定到实体上。一环扣一环，少一个都不行。

我在实际 KMS 设计里，经常要反复核对这几个基础组件的边界——比如，密钥存储时，是对称加密保护还是用非对称包裹？完整性校验用 HMAC 还是数字签名？这些问题没有标准答案，得看场景。但你基础牢了，决策自然就准了。

嗯，这一章就说这么多。记住一句话：密码学不是拼图游戏，是系统工程的基石。