📚 课程目录第2章密码学基础回顾

密码学基础回顾：对称加密与非对称加密、哈希函数与消息认证码、数字签名与证书

说实话，每次带新人做密钥管理项目，我都要先花半天时间跟他们捋一遍密码学基础。不是他们不懂，而是很多人在实际工程里容易把概念用串了。你想想看，根密钥设计本质上就是在跟这些基础算法打交道——选错了加密算法，或者搞混了签名和认证码的用途，后面整个安全体系都可能塌掉。

这一章咱们就快速过一遍核心概念。我会结合自己踩过的坑来讲，保证都是干货。

对称加密，说白了就是加密和解密用同一把钥匙。就像你家里的大门，用钥匙锁上，再用同一把钥匙打开。

常见的算法有 AES、SM4、3DES。现在工业界基本只用 AES，尤其是 AES-256。3DES 我建议你直接忘掉——我在一个遗留系统里见过还在用 3DES 的，性能差不说，安全性也早就不达标了。

核心要点：对称加密的优点是速度快，适合加密大量数据。缺点是密钥分发困难——你怎么把密钥安全地交给对方？

实际项目中，对称密钥通常不会直接传输。我们会用密钥协商协议（比如 ECDH）或者非对称加密来保护它。这个后面会细讲。

我的习惯：在根密钥存储场景里，我倾向于用 AES-256-GCM 模式。GCM 模式自带认证，能同时保证机密性和完整性，省掉一个额外的 MAC 计算。

非对称加密解决了密钥分发的问题。它有一对密钥：公钥公开，私钥保密。你用公钥加密，只有持有私钥的人能解密。

常见的算法有 RSA、ECC（椭圆曲线）、SM2。RSA 现在推荐用 3072 位以上，但性能开销比较大。我个人更偏爱 ECC，尤其是 Curve25519 系列，性能好，密钥也短。

我曾经在一个 IoT 项目里用过 RSA-2048，结果设备每次握手都要卡几百毫秒。后来换成 ECC，延迟直接降到几十毫秒。嗯，选对算法真的很重要。

注意：非对称加密不适合加密大量数据。它很慢。实际做法是用非对称加密传输一个对称密钥（会话密钥），然后用对称密钥加密后续数据。这叫「混合加密」，TLS 就是这么干的。

哈希函数能把任意长度的数据，压缩成一个固定长度的摘要。而且这个过程不可逆——你没法从摘要反推出原始数据。

常见的哈希算法有 SHA-256、SHA-3、SM3。MD5 和 SHA-1 已经不安全了，别再用了。我在代码审查里见过有人还在用 MD5 做文件校验，直接打回去重写。

哈希的用途很广：

避坑指南：哈希不是加密。哈希是单向的，加密是双向的。我见过有人把「哈希加密」混着说，这在工程文档里会引起严重误解。

消息认证码（MAC）能保证消息的完整性和真实性。它跟哈希有点像，但多了一个密钥。只有持有密钥的人才能生成和验证 MAC。

常见的实现有 HMAC（基于哈希的 MAC）和 CMAC（基于分组密码的 MAC）。HMAC-SHA256 是最常用的。

举个例子：你给服务器发一条指令「转账 100 元」，附带上一个 HMAC 值。服务器用共享密钥重新计算 HMAC，如果匹配，说明指令没被篡改，而且确实是你发的。

我的经验：在根密钥的备份和恢复流程里，我会对备份数据同时做加密和 HMAC。加密防泄露，HMAC 防篡改。两者缺一不可。

数字签名跟 MAC 类似，但用的是非对称密钥。你用私钥签名，别人用你的公钥验证。这样有个好处：签名可以公开验证，而且你没法抵赖——因为只有你有私钥。

数字签名的流程：

常见的签名算法有 RSA-PSS、ECDSA、EdDSA、SM2。我个人推荐 EdDSA（Ed25519），性能好，实现也安全——ECDSA 如果随机数生成有问题，私钥会直接泄露。这个坑我见过不止一次。

光有公钥还不够——你怎么确定这个公钥就是某个人的？数字证书就是干这个的。证书里包含公钥、持有者信息、颁发者信息、有效期，还有颁发者的数字签名。

证书的信任链是这样的：根证书（自签名）→ 中间证书 → 终端证书。你的浏览器里预装了一堆根证书，它们就是信任的起点。

在根密钥设计里，我们经常需要自建 CA（证书颁发机构），用来签发设备证书或代码签名证书。这个后面会有专门的章节来讲。

注意：证书不是永久的。它有有效期。我见过一个系统因为证书过期，导致整个服务中断了一上午。记得做好证书的监控和自动续期。

下面这张图把本章的核心概念串起来了。你可以看到对称加密、非对称加密、哈希、MAC、签名和证书之间的关系。

这一章我们回顾了密码学的六大核心概念。对称加密和非对称加密解决机密性问题，哈希和 MAC 解决完整性问题，数字签名和证书解决身份认证和不可抵赖性问题。

在根密钥设计里，这些算法会组合使用。比如：用非对称加密保护根密钥的分发，用哈希验证根密钥的完整性，用数字签名确保根密钥来源可信。后面的章节会一步步展开这些实战细节。