4. 密码学基础回顾：哈希算法(SHA256)、非对称加密(RSA/ECDSA)、数字签名原理

各位同学，咱们今天聊点硬核的。安全启动这玩意儿，说白了就是一场「信任的接力赛」。而这场接力赛的每一棒，都离不开密码学。我做了这么多年嵌入式安全，见过太多因为密码学基础不牢，导致整个安全体系崩塌的项目。

所以，咱们花一章时间，把几个核心概念彻底捋清楚。别嫌基础，你想想看，地基不稳，楼盖得再高也是危房。

4.1 哈希算法：数据的「指纹」

哈希算法，也叫散列函数。它的作用很简单：给任意长度的数据，算出一个固定长度的「摘要」。这个摘要，就像人的指纹一样，具有唯一性。

在安全启动里，我们最常用的是 SHA-256。它会把你的固件、镜像，变成一串 256 位（32 字节）的哈希值。

我在一个项目里遇到过，有人想用 MD5 做固件校验。我当时就急了，MD5 早就被证明有碰撞风险了。我建议他，别省那点算力，老老实实上 SHA-256。后来他听了，果然在后续的渗透测试中，MD5 方案被轻松攻破，而 SHA-256 稳如泰山。

4.2 非对称加密：公钥与私钥的「双人舞」

对称加密，就像一把钥匙开一把锁。但问题来了，这把钥匙怎么安全地交给对方？非对称加密解决了这个世纪难题。

它使用一对密钥：公钥 和 私钥。公钥可以公开，私钥必须保密。用公钥加密的数据，只能用私钥解密；反之亦然。

在安全启动领域，我们主要用两种算法：RSA 和 ECDSA。

你可能会问，为什么安全启动里，我们只用非对称加密来做签名和验签，而不是加密数据？

原因很简单：验签只需要公钥。公钥可以明文存储在芯片的 OTP 或 eFuse 里，不怕被看到。而私钥，永远留在产线或 HSM（硬件安全模块）里，永远不会进入设备。

4.3 数字签名：信任的「封印」

数字签名，是非对称加密的经典应用。它解决了三个问题：

• 完整性：数据有没有被篡改？
• 真实性：数据是谁签发的？
• 不可否认性：签发者不能抵赖。

它的流程是这样的：

1. 签名方：对原始数据做哈希，得到摘要。然后用 私钥 对摘要加密，生成签名。
2. 验签方：收到数据和签名后，用同样的哈希算法算出摘要。然后用 公钥 解密签名，得到另一个摘要。两个摘要对比，一致则通过。

在安全启动里，这个过程就是「信任链」的核心。

// 伪代码示例：签名与验签
// 签名（在安全的生产环境中进行）
hash = SHA256(firmware_image);
signature = RSA_Sign(private_key, hash);

// 验签（在设备启动时进行）
hash = SHA256(firmware_image);
is_valid = RSA_Verify(public_key, hash, signature);
if (is_valid) {
    // 启动固件
} else {
    // 拒绝启动，进入恢复模式
}

嗯，这里要注意，实际项目中，我们不会直接对固件签名，而是对固件的哈希值签名。因为固件可能很大，非对称加密算起来太慢。先哈希，再签名，效率高得多。

4.4 知识体系总览

为了让你更直观地理解这三者之间的关系，我画了一张图。你可以把它看作安全启动的「密码学三件套」。

你看，这三者不是孤立的。哈希算法为数据生成「指纹」，非对称加密提供了「私钥封印」的能力，而数字签名把两者结合起来，形成了完整的信任凭证。

在后续的章节里，我们会看到这个「三件套」如何被嵌入到芯片的 BootROM 中，形成一条从硬件到应用层的信任链。你想想看，如果连这些基础都不懂，后面怎么去理解 TPM、TEE、安全启动策略？

# 生成 RSA 密钥对
openssl genrsa -out private.pem 2048
openssl rsa -in private.pem -pubout -out public.pem

# 对固件签名
openssl dgst -sha256 -sign private.pem -out firmware.sig firmware.bin

# 验签
openssl dgst -sha256 -verify public.pem -signature firmware.sig firmware.bin