密码学基础：对称加密、非对称加密、哈希算法

聊到 HTTPS 握手里的水印嵌入，你肯定会碰到一个绕不开的坎——密码学基础。说实话，我早期在接触证书与密钥协商时，对这些算法的理解也是磕磕绊绊的。

别急，我们先不深入复杂的数学公式。你只要搞清楚三种基本类型：对称加密、非对称加密、哈希算法。这三者就像工具箱里的螺丝刀、扳手和钳子，各有各的用途，搭配起来才能干活。

1. 对称加密

原理很简单：同一把钥匙既能锁门也能开门。通信双方共享同一个密钥，你用它加密数据，对方用同一个密钥解密。

常见的对称算法：

• AES（高级加密标准）—— 目前最常用，128/192/256位密钥。我习惯用 AES-256-GCM，兼顾速度和认证。
• 3DES（三重数据加密算法）—— 老古董了，现在基本不用，但有些遗留系统还在跑。
• SM4 —— 国密标准，国内项目必须支持。

我在项目中遇到过一个问题：用 AES-ECB 加密同样的明文块会得到同样的密文块，攻击者可以直接识别模式。那次的教训让我从此只用 GCM 或 CBC+随机IV。

适用场景：数据传输量大、对速度有要求。比如 HTTPS 握手完成后，真正的 HTTP 数据就是用对称加密传输的。因为它快，适合大量数据。

2. 非对称加密

非对称加密的特点是一对钥匙：公钥公开，私钥保密。公钥加密的数据只能用私钥解密，反之亦然（但一般只用公钥加密，私钥解密）。

常见算法：

• RSA – 最经典，但密钥越长性能越差。2048位是目前最低标准。
• ECC（椭圆曲线） – 256位的 ECC 能达到 RSA 3072 位的安全强度，而且快得多。我个人建议新项目优先考虑 ECC。
• DH / ECDH – 用于密钥交换，而不是直接加解密。HTTPS 里常用 ECDHE 实现前向安全。

你可能会问：“为什么不用非对称加密直接加密全部数据？” 道理很简单——它实在太慢了。非对称加密的速度比对称加密慢数百倍甚至上千倍，只适合加密小块数据，比如对称密钥或证书签名。

3. 哈希算法

哈希不是加密，它是一类单向函数。你给它任意长度的数据，它吐出一段固定长度的“指纹”。这个过程不可逆——你无法从指纹反推出原始数据。

常见哈希算法：

• MD5 – 128位，已被破解，只能用于校验完整性（不防攻击）。
• SHA-1 – 160位，也有碰撞攻击，不再安全。
• SHA-256 / SHA-3 – 目前推荐，256位或更高，HTTPS 证书签名常用。
• SM3 – 国密哈希，256位。

哈希在 HTTPS 里的用途：

1. 消息认证（HMAC） – 用密钥对消息做哈希，防止篡改。
2. 证书指纹 – 我们常说的“证书 SHA-256 指纹”，就是哈希后的结果。
3. 数字签名 – 先对消息哈希，再用私钥加密哈希值，别人用公钥解密并比对。

对比总览

你瞧瞧这个表，是不是一目了然？对称加密用来干活，非对称加密用来传钥匙，哈希用来防篡改。三者配合，才构成了 HTTPS 的信任链。

做水印嵌入时，我们经常会用到这些算法的组合：比如用哈希生成水印指纹、用对称加密加密水印内容、用非对称加密来传递对称密钥。后面的章节你会看到具体的实现方式。

对了，有个细节我想提醒你：“数字签名”并不是一个独立的算法，它本质上是“哈希 + 非对称加密”的合体。你先对消息算一个哈希，然后用私钥加密这个哈希，接收方用公钥解密出哈希，再比对原文的哈希是否一致。这个过程保证了消息的来源和完整性。

把这些基础啃透了，你再去看 HTTPS 握手的各种细节，就不会觉得眼花缭乱了。