2. 密码学基础回顾

在 PSA Crypto 密码服务集成工程中，所有安全能力最终都落在几类基础密码原语上。理解它们的原理、边界与组合方式，是后续调用 PSA API、配置密钥属性、设计安全通道的前提。本章不追求数学推导，而是从工程视角梳理六类核心机制：对称加密、非对称加密、哈希、消息认证码、数字签名与密钥交换，并说明它们在 PSA 架构中的典型映射。

一、核心原理：六类原语的分工

密码学原语可以按“是否使用密钥”“密钥是否相同”“是否可逆”三个维度区分。对称加密使用同一密钥完成加密与解密，速度快、适合大数据量；非对称加密使用公私钥对，解决密钥分发与身份绑定问题，但性能较低；哈希函数无密钥、单向、定长输出，用于完整性校验与指纹生成；消息认证码（MAC）在哈希或分组密码基础上加入共享密钥，同时提供完整性与来源认证；数字签名用私钥签名、公钥验证，提供不可否认性；密钥交换则让双方在不安全信道上协商出共享秘密。

二、方法流程：从原语到 PSA 调用

在 PSA Crypto 中，使用任一原语都遵循“导入/生成密钥 → 设置策略 → 执行操作 → 销毁密钥”的生命周期。以 AES-GCM 对称加密为例，典型流程如下：

/* 1. 生成或导入密钥 */
psa_key_attributes_t attr = PSA_KEY_ATTRIBUTES_INIT;
psa_set_key_type(&attr, PSA_KEY_TYPE_AES);
psa_set_key_bits(&attr, 256);
psa_set_key_usage_flags(&attr, PSA_KEY_USAGE_ENCRYPT | PSA_KEY_USAGE_DECRYPT);
psa_set_key_algorithm(&attr, PSA_ALG_GCM);
psa_key_id_t key_id;
psa_generate_key(&attr, &key_id);

/* 2. 加密：一次性接口 */
uint8_t ciphertext[256];
size_t ciphertext_len;
psa_cipher_encrypt(key_id, PSA_ALG_GCM,
                   plaintext, plaintext_len,
                   ciphertext, sizeof(ciphertext), &ciphertext_len);

/* 3. 解密并验证标签 */
psa_cipher_decrypt(key_id, PSA_ALG_GCM,
                   ciphertext, ciphertext_len,
                   output, sizeof(output), &output_len);

/* 4. 销毁密钥 */
psa_destroy_key(key_id);

哈希与 MAC 的调用模式类似，但哈希不需要密钥，MAC 需要设置 PSA_KEY_TYPE_HMAC 并指定算法 PSA_ALG_HMAC(PSA_ALG_SHA_256)。数字签名则使用 psa_sign_hash 与 psa_verify_hash，密钥类型为 ECC 或 RSA 密钥对。密钥交换使用 psa_raw_key_agreement，输出共享秘密后通常再经过 HKDF 派生会话密钥。

三、案例场景：TLS 1.3 握手如何组合这些原语

以一次嵌入式设备与云端的 TLS 1.3 握手为例：客户端与服务器先通过 ECDH 交换公钥，各自计算出相同的共享秘密；随后用 HKDF 从共享秘密派生出握手密钥与应用流量密钥；握手消息用 ECDSA 签名验证服务器身份，用 SHA-256 计算握手 transcript 哈希；应用数据阶段使用 AES-128-GCM 同时完成加密与完整性保护。整个过程在 PSA Crypto 中体现为多次 psa_key_derivation、psa_sign_hash、psa_cipher_encrypt 调用，密钥 ID 与策略由 PSA 密钥库统一管理。

四、误区与复盘