第2章 密码学基础：对称加密、非对称加密与哈希函数
密码学是异常检测模型的基石。你想想看，没有加密，你的检测数据就像裸奔。我个人习惯把密码学技术分成三大类：对称加密、非对称加密和哈希函数。这一章，咱们把这三种东西讲透。
对称加密：一把钥匙开一把锁
对称加密，说白了就是加密和解密用同一把密钥。我刚开始做安全项目时，总以为这事很简单——拿到密钥，加密就完事。后来踩了坑才明白，密钥怎么分发、怎么存储，才是真正的难题。
常用的对称算法有这么几个：
- AES（高级加密标准）——现在最主流，推荐AES-256-GCM模式，自带认证。
- DES——老古董了，56位密钥，现在用暴力破解分分钟搞定。
- 3DES——DES的升级版，但效率低，业界已经逐步淘汰。
我在项目中遇到过什么情况？有一回，我们要对用户上传的敏感文件做加密存储。领导说：“用AES就行。”但操作时忘记考虑IV（初始化向量）的随机性，结果相同的明文加密后得到相同的密文——这相当于给攻击者提供了统计特征。嗯，这里要注意：对称加密一定要搭配随机IV，并且IV不需要保密，但必须是唯一的。
适用场景：大数据量的加密、磁盘加密、VPN通道等。速度快，但密钥管理是痛点。
非对称加密：两把钥匙，各司其职
非对称加密是公钥/私钥体系。公钥可以公开，私钥自己藏好。你想想看，公钥像锁，谁都能拿来锁上数据；私钥像钥匙，只有你能打开。这个特性解决了对称加密里密钥分发的难题。
主流算法：
- RSA——经典，但密钥长度要求越来越长（2048位起步）。
- ECC（椭圆曲线）——同样安全强度下，密钥短，效率高。
我记得有一次设计API签名方案，用了RSA做数字签名。测性能时发现，服务器每秒只能签几百次，扛不住峰值。后来改成ECC，签名速度提升了近10倍。经验：非对称加密适合小数据量（比如加密对称密钥、数字签名），别拿它直接加密文件，否则性能会崩。
数字签名是反过来的逻辑：私钥签名，公钥验签。这在密码操作异常检测里非常重要——我们可以通过签名来验证操作者身份是否被篡改。
哈希函数：指纹的艺术
哈希函数把任意长度的数据变成固定长度的摘要（比如32字节）。它是单向的，不可逆。我经常用这个特性来校验数据完整性。
常见哈希算法：
- MD5——128位，已经不安全，碰撞攻击成本极低。我在日志完整性检测中绝不会用MD5。
- SHA-1——160位，也有理论碰撞，不再推荐。
- SHA-256（属于SHA-2家族）——目前安全可靠，推荐用于密码存储、完整性校验。
哈希函数还有个重要特性：抗碰撞性。理论上，生日攻击使碰撞概率随输出长度指数上升。SHA-256的碰撞概率在可预见的未来几乎为零，放心用。
一张表看清三者的区别
| 特性 | 对称加密 | 非对称加密 | 哈希函数 |
|---|---|---|---|
| 密钥数量 | 1个（共享密钥） | 2个（公钥+私钥） | 无密钥 |
| 是否可逆 | 可逆（解密） | 可逆（解密/签名验证） | 不可逆 |
| 速度 | 极快（Gbps级别） | 慢（kbps级别） | 快（可与对称加密媲美） |
| 主要用途 | 数据加密、传输加密 | 密钥交换、数字签名 | 完整性校验、口令存储 |
| 典型算法 | AES-256-GCM | RSA-2048, ECC P-256 | SHA-256, bcrypt |
| 常见弱点 | 密钥分发困难 | 性能差，密钥长度要求高 | 碰撞、彩虹表攻击 |
核心要点回顾
- 对称加密：速度快，密钥管理是最大的敌人。实战中推荐AES-256-GCM。
- 非对称加密：解决密钥分发，但性能瓶颈明显。ECC正逐步取代RSA。
- 哈希函数：不是加密！用于完整性校验和密码存储，记得加盐+慢哈希。
- 三种技术常组合使用：混合加密是工业标准。
嗯，这一章内容不少，但都是后续异常检测的基础。我做密码操作异常检测时，经常要逆向分析这些加密协议，哪一步用的是对称、哪一步是非对称、签名怎么算的、哈希值从哪里来——只有把这些门道吃透，才能写出高效的检测规则。