2. 加密基础：对称加密（AES）与非对称加密（RSA）原理对比

加密这东西，说白了就是「藏」字诀。小时候我们把日记本锁进抽屉，钥匙自己保管——这就是对称加密。后来你给朋友寄信，用他的公开锁头锁上，他自己用私钥打开——这就是非对称加密。

我个人习惯把这两种加密方式想成「快递柜」和「邮政信箱」。你想想看，快递柜放件取件都用同一个密码，效率高但密码泄漏就完蛋；邮政信箱呢，谁都能往里塞信（公钥），但只有信箱主人能打开（私钥），安全但慢。

2.1 对称加密：一把钥匙开一把锁

对称加密，核心就一个概念：加密和解密用同一把密钥。你在家写日记，锁上抽屉，晚上回来自己打开——钥匙没换过手。

AES（Advanced Encryption Standard）是现在最主流的对称加密算法。我记得早年接手一个金融数据同步项目，客户要求所有传输的字段都得加密。我的第一反应就是：「AES-256 走起」。为什么？因为它快、稳、经过全球密码学家锤了二十多年，还没被攻破。

AES 核心参数
- 分组长度：128 位（16 字节）
- 密钥长度：128 / 192 / 256 位
- 轮数：10 / 12 / 14 轮（根据密钥长度决定）
- 模式：ECB（不推荐）、CBC（常用）、GCM（推荐，带认证）

模式这块我得单独说一下。我在项目中见过不少同学直接用 ECB 模式，加密同样的明文块出来同样的密文块，攻击者一看就能猜到规律，比如你的身份证号前六位可能是重复的。建议至少用 CBC，最好用 GCM——GCM 自带认证标签，能防篡改。

AES 加密示例（Python）

from Crypto.Cipher import AES
import base64

key = b'This is a key123'  # 16字节 = AES-128
cipher = AES.new(key, AES.MODE_GCM)
plaintext = b'hello, this is a sensitive field'
ciphertext, tag = cipher.encrypt_and_digest(plaintext)

# 存储：nonce + ciphertext + tag
packet = base64.b64encode(cipher.nonce + ciphertext + tag)
print(packet)

代码看起来简单，但实际项目里要操心的事很多。密钥存哪？nonce 怎么生成？tag 过期了要不要换？我曾经在做一个日志加密工具时，把 nonce 写成了固定值，结果密文分析人员只用了半小时就猜出了加密模式。嗯，从那以后我再也不省 nonce 的随机性了。

2.2 非对称加密：一个公开锁，一把私钥

非对称加密的思路很巧妙。你有一个公开的锁（公钥），谁都可以用它锁上消息；但只有你有私钥能打开。这样密钥不用提前约定，非常适合网络传输。

RSA 是典型代表，依赖大整数分解难题。说白了，两个大质数相乘很容易，但从乘积反推质数极难。

RSA 密钥生成步骤
1. 选择两个大质数 p、q
2. 计算 n = p × q
3. 计算 φ(n) = (p-1)(q-1)
4. 选择 e（通常用 65537）
5. 计算 d ≡ e⁻¹ mod φ(n)
公钥：(e, n)，私钥：(d, n)

我建议你在实际项目中直接用 OpenSSL 生成密钥对。自己写素数生成？千万别。我在安全审计时见过一个团队自己写 RSA 密钥生成，结果 p 和 q 太接近，用费马分解法几分钟就破掉了。

RSA 加密示例（Python）

from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Cipher import PKCS1_OAEP

key = RSA.generate(2048)
public_key = key.publickey()

cipher = PKCS1_OAEP.new(public_key)
plaintext = b'small sensitive field'
ciphertext = cipher.encrypt(plaintext)

# 解密
cipher_dec = PKCS1_OAEP.new(key)
decrypted = cipher_dec.decrypt(ciphertext)
注意
RSA 有长度限制。2048 位 RSA 一次加密最多 190 字节（2048/8 - 2*32 - 50 ≈ 190）。别拿 RSA 去加密整个 JSON 包，否则你会碰到奇怪的「解密失败」错误。

2.3 核心区别对比

对比维度AES（对称）RSA（非对称）
密钥数量1 个，共享密钥2 个，公钥+私钥
加解密速度极快（硬件加速可达 GB/s）慢（通常 ≤2 MB/s）
密钥长度128 / 256 位2048 / 4096 位
安全性基础混淆+扩散的数学换位大整数分解的数学难题
典型场景大量数据加密（字段、文件、传输流）密钥交换、数字签名、少量数据加密
密钥分发难度高（需安全通道）低（公钥公开即可）

2.4 实际中的混合使用

现实项目里很少只用一个加密方案。我参与的一个支付字段加密项目是这样设计的：

  1. 客户端生成一个临时 AES 密钥（128 位随机数）
  2. 用服务端 RSA 公钥加密这个 AES 密钥
  3. 每个字段用 AES-GCM 加密，每次附带随机 nonce
  4. 把加密后的 AES 密钥 + nonce + 密文一起发给服务端
  5. 服务端用 RSA 私钥解密出 AES 密钥，再用 AES 密钥解密字段

这就是 RSA 加密 AES 密钥，AES 加密数据的经典混合模式。RSA 处理小数据（密钥）很合适，AES 处理大数据（字段）很高效。这招我用了很多次，稳定又灵活。

2.5 选择建议

  • 纯字段级加密：优先 AES-GCM，128 位密钥强度足够，配合每次随机 nonce
  • 需要密钥协商：用 RSA-2048 或 ECDH（椭圆曲线 Diffie-Hellman，更高效）
  • 敏感数据存储：AES-256-GCM + 定期轮换密钥
  • 数字签名验证：RSA PKCS#1 v1.5 或 PSS（推荐 PSS）
我的常用组合
字段加密：AES-128-GCM + 24 字节随机 nonce（抗重放攻击）
密钥交换：RSA-OAEP（非对称加密密钥本身）
完整校验：HMAC-SHA256（字段最终一致性检查）

你想想看，如果把加密方案选错了，后面改起来非常痛苦。我见过一个项目用 RSA 加密每个字段，结果是每次请求光加密就花了 200 毫秒，用户反馈「你们系统是不是卡了」。换成一个混合方案，降到 5 毫秒，体验瞬间正常。

对称 vs 非对称加密核心流程对比 对称加密（AES） 明文 同一密钥 密文 还原明文 非对称加密（RSA） 明文 公钥 密文 还原明文 关键对比： AES：加密/解密用同一密钥。速度极快（硬件加速）。密钥需安全配送。 RSA：公钥加密、私钥解密。密钥可公开。速度慢。适合小数据。 混合方案：RSA 加密 AES 密钥 → AES 加密全部字段。兼顾速度与密钥分发。 选择建议：大量字段选 AES-GCM；密钥交换/签名选 RSA-2048+；需要抗量子攻击提前关注。

最后我说个实在的。不会有人直接拿 RSA 加密大 JSON，也不会有人用纯对称加密做跨公网密钥交换。理解两者的差异，你就能像搭积木一样组合它们。AES 负责快，RSA 负责安全地传递钥匙。懂了这些，字段级加密才算真正入门。

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