📚 课程目录第1章密码学基础回顾

1. 密码学基础回顾：对称加密与非对称加密概念、哈希函数作用、数字签名原理

在深入调试加密库之前，必须牢固掌握密码学的三大基石：对称加密、非对称加密与哈希函数。这三者构成了安全通信的底层逻辑，也是后续调试中定位加解密失败、签名验证错误、密钥协商异常的根本依据。

1.1 对称加密

对称加密使用同一把密钥完成加密与解密。发送方用密钥加密明文，接收方用同一密钥解密密文。其核心优势在于计算速度快，适合大批量数据加密；但密钥分发与管理是主要安全挑战。

特性	说明
密钥关系	加密密钥 == 解密密钥
典型算法	AES（推荐）、ChaCha20、SM4（国密）
工作模式	ECB（不推荐）、CBC、GCM（推荐，带认证）、CTR
密钥长度	AES-128 / AES-256
主要风险	密钥泄露、IV 重用、填充预言攻击

调试提示： 对称加密调试中最常见的错误是 IV 不匹配 或 密钥长度错误。使用 AES-GCM 模式时，务必确认 nonce（IV）长度为 12 字节，且解密端与加密端完全一致。

1.2 非对称加密

非对称加密使用密钥对：公钥公开，私钥保密。公钥加密的数据只能用对应的私钥解密；私钥签名的数据只能用对应的公钥验证。它解决了对称加密的密钥分发难题，但计算速度慢，通常只用于加密会话密钥或数字签名。

特性	说明
密钥关系	公钥加密，私钥解密；私钥签名，公钥验签
典型算法	RSA（2048位以上）、ECC（推荐）、SM2（国密）
典型用途	密钥交换（ECDH）、数字签名（ECDSA）、证书（X.509）
性能	比对称加密慢 100~1000 倍
主要风险	私钥泄露、随机数质量差、填充方案错误（如 RSA-OAEP vs PKCS#1 v1.5）

常见调试陷阱： RSA 加密时必须指定填充模式。Python 的 cryptography 库默认使用 PKCS#1 v1.5 填充，但安全标准已推荐使用 OAEP。若两端填充模式不一致，解密会抛出 ValueError 或返回乱码。

1.3 哈希函数

哈希函数将任意长度的输入数据映射为固定长度的摘要值。它是单向的：从摘要无法反推出原始数据。哈希函数在密码学中用于数据完整性校验、密码存储和数字签名的中间步骤。

抗碰撞性：难以找到两个不同输入产生相同哈希值。
抗原像性：给定哈希值，难以找到对应的原始输入。
典型算法：SHA-256（推荐）、SHA-3、SM3（国密）。
输出长度：SHA-256 输出 32 字节（256 位）。

  调试要点： 哈希函数本身不加密数据。调试时若发现哈希值不匹配，优先检查输入数据的编码（UTF-8 vs ASCII）和是否包含尾部换行符。Python 中 hashlib.sha256(b"hello") 与 hashlib.sha256("hello".encode()) 结果相同，但 hashlib.sha256("hello") 会报错。

1.4 数字签名原理

数字签名结合了哈希函数与非对称加密，提供身份认证、数据完整性和不可否认性。签名过程：发送方对消息哈希，然后用自己的私钥加密哈希值，生成签名。验证过程：接收方用发送方的公钥解密签名，得到哈希值，再与本地计算的消息哈希比对。

签名算法：ECDSA（推荐）、RSA-PSS、SM2（国密）。
关键步骤：Hash → Sign → Verify。
调试常见错误：哈希算法不一致、公钥格式错误（PEM vs DER）、签名编码问题（DER vs IEEE P1363）。

调试案例： 使用 Python cryptography 库进行 ECDSA 签名时，若签名结果与预期不符，检查是否使用了 Prehashed 模式。标准流程应传入原始消息，库内部自动哈希；若手动哈希后传入 Prehashed，两端必须使用完全相同的哈希算法。

1.5 三种机制对比总结

机制	密钥	速度	主要用途	调试关注点
对称加密	单密钥	快	数据加密	IV、密钥长度、填充模式
非对称加密	密钥对	慢	密钥交换、签名	私钥保护、填充方案、公钥格式
哈希函数	无密钥	极快	完整性校验	输入编码、算法一致性
数字签名	私钥签名，公钥验签	中等	认证、不可否认性	哈希算法匹配、签名编码格式

  调试核心原则： 无论使用哪种机制，调试时始终遵循 “输入-操作-输出” 三段式检查。先确认输入数据（明文、密钥、IV）的字节表示完全一致，再检查操作参数（算法、模式、填充），最后验证输出（密文、签名、哈希值）的编码格式。Python 中多用 bytes.hex() 打印对比，避免不可见字符干扰。