2、密码学基础：对称加密、非对称加密、哈希算法归纳总结

做加密SDK测试，绕不开这三类算法。我刚开始接触时，也常把它们的用途搞混。说白了，对称加密像一把钥匙开一把锁，非对称加密像一把公钥锁一把私钥开，哈希算法压根儿就不需要钥匙——它是个单向指纹提取器。

这一章，咱们把这三类算法的核心特点、典型算法和测试要点捋清楚。

2.1 对称加密

对称加密，加密和解密用同一个密钥。速度快，适合大数据量加密。但密钥分发是个麻烦事——你想想看，加密方和解密方得事先商量好密钥，中间人一旦截获，全完。

常用的对称加密算法

• AES（Advanced Encryption Standard）—— 目前最通用的对称加密。分组128位，密钥长度支持128/192/256位。我在项目中用AES-256-GCM模式比较多，自带认证和加密，省事。
• DES（Data Encryption Standard）—— 老了，密钥只有56位。曾经有人用一台PC在22小时内暴力破解过。现在几乎没人用，除非接老系统。
• 3DES —— DES的加强版，三遍DES操作，速度慢。NIST在2023年正式弃用，不建议再选。
• SM4 —— 国密标准，分组128位，密钥128位。国内合规场景绕不开。我记得有一次对接银行接口，对方要求必须SM4-CBC，当时查文档查了半天。

测试时注意什么？

我习惯把测试点分成三块：加解密正确性、密钥边界、模式差异。

• 加解密正确性：固定密钥和明文，比对密文是否与标准测试向量一致。每个算法都有官方Test Vector，别自己拍脑袋算。
• 密钥边界：比如AES-128塞个32字节密钥，SDK应该返回错误，而不是悄悄截断。我曾经踩过这个坑，线上日志查了两天才发现是密钥长度没校验。
• 模式差异：ECB、CBC、GCM、CCM……每个模式的初始向量(IV)长度、填充方式、安全边界都不同。比如CBC模式，IV不能重复，GCM模式nonce重复就全完蛋。

2.2 非对称加密

非对称加密有一对密钥：公钥公开，私钥保密。公钥加密的数据只有私钥能解，私钥签名只有公钥能验。这就解决了密钥分发问题。但性能慢，通常只用来加密小数据，比如AES密钥。

常用算法

算法	密钥长度	安全强度	典型用途
RSA	1024/2048/4096	1024已不安全，至少2048	数字签名、密钥封装
ECC (椭圆曲线)	256位 ≈ RSA 3072	高	签名（ECDSA）、密钥交换（ECDH）
SM2	256位	国密标准	签名、加密、密钥协商

我个人习惯优先用ECC或SM2。RSA 2048位签名生成慢，而且证书链一大片包体大。ECC 256位密钥的效果跟RSA 3072位差不多，但速度快得多。

测试注意事项

• 密钥对生成：检查生成的公私钥是否满足规范长度，是否含非法字符。
• 签名与验签：同一消息用不同私钥签名，验签必须失败。边界情况比如空消息签名，SDK能不能正确处理。
• 加密与解密：公钥加密后长度会膨胀，RSA 2048加密后密文固定256字节，但SM2加密后还会附加椭圆曲线点，长度不固定。

2.3 哈希算法

哈希算法，把任意长度数据映射成固定长度摘要。它不可逆，不依赖密钥。用途是完整性验证、密码存储、数字签名的前置步骤。

常用算法

• MD5 —— 128位摘要，速度极快。但碰撞早被攻破，2004年就有人能造出两个不同文件有相同MD5。不要用于安全场景。
• SHA-1 —— 160位，也被发现了碰撞攻击。Google在2017年展示了两个不同PDF的SHA-1碰撞。现在浏览器都放弃SHA-1证书了。
• SHA-256（SHA-2族）—— 256位，目前主流。签名算法现在基本要求SHA-256 with RSA或ECDSA。
• SM3 —— 国密哈希，256位。国密数字签名必备。我记得有一次签名验签对不上，排查半天发现哈希用的是SHA-256，而对方要求SM3。

测试要点

• 一致性：相同输入重复哈希，输出必须完全相同。
• 雪崩效应：输入改一个bit，输出约一半bit要翻转。这个可以用脚本来验证。
• 长度扩展攻击：MD5、SHA-1、SHA-256都有这个问题。所以现在HMAC和SHA-3/ SM3更推荐。
• 性能：哈希算法吞吐量高，但也要注意大数据量下的分块处理，SDK内部有缓冲区大小限制。

2.4 三类算法对比总览

维度	对称加密	非对称加密	哈希算法
密钥	一个密钥	公钥+私钥	无密钥
速度	快（硬件加速可达GB/s）	慢（签名/解密毫秒级）	快（计算摘要微秒级）
用途	数据加密	密钥交换、数字签名	完整性、身份认证
安全性基础	密钥保密	私钥保密 + 数学难题	抗碰撞、抗原像
典型算法	AES, SM4	RSA, ECDSA, SM2	SHA-256, SM3