📚 课程目录第2章密码学基础回顾

2. 密码学基础回顾：对称加密与非对称加密、哈希函数、数字签名原理

做OTA安全，说白了就是跟「信任」打交道。你刷出去的固件，怎么让设备相信它是你发的？设备传回来的数据，你怎么确认没被篡改？这些问题的答案，全埋在密码学里。

我见过不少工程师，一上来就调加密库，结果密钥硬编码在代码里，或者签名验证逻辑写反了。嗯，基础不牢，后面全是坑。这一节咱们就把四个核心概念捋清楚：对称加密、非对称加密、哈希函数、数字签名。不扯太深的理论，重点是你写代码时真正用得上的东西。

对称加密，就是加密和解密用同一把钥匙。你想想看，就像你家里大门，用一把钥匙锁上，也用同一把钥匙打开。

常见的算法有 AES（Advanced Encryption Standard）和 SM4（国密标准）。AES 的密钥长度通常是 128、192 或 256 位。我个人习惯用 AES-256-GCM，因为它除了加密还能做认证，能检测数据是否被篡改。

  核心特点：
  加密速度快，适合大数据量（比如固件包本身）
密钥管理是最大痛点——发送方和接收方必须事先共享同一个密钥
在OTA场景里，如果直接用对称密钥加密固件，那密钥怎么安全地发给每一台设备？

我在项目中遇到过一个问题：某团队用 AES 加密固件，然后把密钥硬编码在 Bootloader 里。结果固件被提取后，攻击者反编译 Bootloader 直接拿到了密钥。嗯，这相当于把钥匙贴在门上。

避坑指南： 我曾经见过有人用 ECB 模式加密固件。ECB 模式下，相同的明文块会生成相同的密文块，这会给攻击者提供统计分析的线索。OTA 场景下，永远不要用 ECB 模式，至少用 CBC 或 GCM。

非对称加密用一对密钥：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，只能用对应的私钥解密；反过来，用私钥加密的数据，只能用对应的公钥解密。

常见的算法有 RSA 和 ECC（椭圆曲线密码学）。ECC 在同等安全强度下，密钥更短、计算更快。我个人更推荐 ECC，尤其是在资源受限的嵌入式设备上。

你想想看，在OTA场景里，我们通常怎么做？用非对称加密来传递对称密钥。设备出厂时预置服务器的公钥，服务器生成一个随机的 AES 密钥，用公钥加密后发给设备。设备用私钥解密，拿到 AES 密钥，然后用它解密固件。这叫「混合加密」，既解决了密钥分发问题，又保证了加密速度。

很多人把哈希和加密搞混。哈希函数不是加密，它没有「解密」这一说。它的作用是把任意长度的数据，映射成一个固定长度的摘要（digest），就像给数据算一个「指纹」。

常见的哈希算法有 SHA-256 和 SM3。SHA-256 输出 256 位（32 字节）的摘要。好的哈希函数有几个特性：

实战技巧： 在 OTA 中，我们经常用哈希来校验固件完整性。设备下载完固件后，计算它的 SHA-256 值，然后跟服务器下发的摘要对比。如果一致，说明固件在传输过程中没有被篡改。但注意，这只能防传输错误，不能防恶意篡改——因为攻击者可以同时替换固件和摘要。要防恶意篡改，得靠数字签名。

数字签名是非对称加密的典型应用。它的核心逻辑是：私钥签名，公钥验签。

流程是这样的：

为什么能防篡改？因为攻击者没有私钥，他无法生成一个合法的签名。他改了固件内容，哈希值就变了，用公钥验签就会失败。

避坑指南： 我曾经见过一个产品，验签时只检查了签名是否「能解开」，没检查解出来的哈希值是否跟固件哈希一致。结果攻击者用任意公钥都能通过验签。记住：验签必须同时验证「签名有效」和「摘要匹配」。

常见的签名算法有 RSA-PSS 和 ECDSA。ECDSA 基于椭圆曲线，签名短、性能好，在 IoT 设备上越来越流行。国密标准对应的是 SM2 签名算法。

下面这张图把四个概念的关系串起来了。你仔细看，对称加密负责「加密数据」，非对称加密负责「加密密钥」和「数字签名」，哈希函数负责「完整性校验」，数字签名负责「身份认证 + 完整性」。它们各司其职，组合起来才能构建安全的 OTA 流程。

做 OTA 安全设计时，我的建议是：

你想想看，这四个东西组合起来，就是一套完整的 OTA 安全方案。后面几章我们会一步步把它落地到代码里。嗯，先把基础打牢，后面写代码时才不会慌。