2、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、数字签名与证书体系

聊远程证明，绕不开密码学。这不是在背公式，而是理解IoT设备之间怎么互相信任。我做了这么多年安全，见过太多项目因为密码选型翻车——选错了算法，性能扛不住；用错了模式，安全形同虚设。这一节我们快速过一遍核心概念，重点放在IoT场景下怎么选、怎么用。

2.1 对称加密：快，但密钥怎么分？

对称加密，说白了就是加密和解密用同一把钥匙。你想想看，两个人通信，手里得有相同的密钥才能加解密。优点是快，特别快。在资源受限的IoT设备上，比如传感器、智能锁，对称加密几乎是唯一可行的选择。

常用的对称算法有AES、SM4。AES-128在安全性和性能之间平衡得最好，我个人习惯在项目里优先选它。模式上，IoT场景我建议用GCM（Galois/Counter Mode），它同时提供加密和完整性校验，一步到位。

我在一个智能门锁项目里遇到过这个问题：设备端用AES-ECB模式加密指令，结果攻击者通过重放攻击直接开了门。嗯，ECB模式不能隐藏明文模式，千万别用在IoT里。

2.2 非对称加密：慢，但能解决信任问题

非对称加密有一对密钥：公钥公开，私钥自己藏好。公钥加密的数据只有私钥能解，反过来私钥签名的东西公钥能验。这解决了对称加密的密钥分发难题——你不需要提前商量密钥，直接把公钥扔出去就行。

但代价是慢。RSA-2048在低端MCU上做一次签名可能要几百毫秒，这在实时性要求高的场景里根本扛不住。所以我建议IoT设备优先用椭圆曲线密码学（ECC），比如ECDSA或SM2。同样的安全强度，ECC的密钥更短、计算更快。

我曾经在一个固件升级项目里踩过坑：用RSA-2048做签名验证，结果设备启动时间从2秒拖到了15秒。后来换成ECDSA P-256，启动时间降到3秒以内。选对算法，体验天差地别。

2.3 哈希函数与消息认证码

哈希函数把任意长度的数据压缩成固定长度的摘要。它不可逆，而且输入稍微改一点，输出就面目全非。在远程证明里，哈希用来做数据完整性校验——比如验证固件有没有被篡改。

常用的哈希算法有SHA-256、SM3。SHA-256在IoT里够用，SM3是国密标准，国内项目必须用。注意，MD5和SHA-1已经不安全了，别再用。

消息认证码（MAC）是哈希的升级版——它加了一把密钥。只有持有相同密钥的双方才能验证MAC是否正确。这能防止攻击者伪造数据。HMAC是最常见的实现，比如HMAC-SHA256。

2.4 数字签名与证书体系

数字签名是非对称加密的典型应用。私钥签名，公钥验签。它能提供三个保证：数据没被改过（完整性）、确实是某人签的（真实性）、签名者不能抵赖（不可否认性）。

在IoT远程证明里，设备用私钥对“证据”签名，验证方用设备的公钥验签。但问题来了——你怎么确认这把公钥确实是这个设备的？这就需要证书体系（PKI）。

证书说白了就是一张数字身份证。CA（证书颁发机构）用自己的私钥给设备的公钥签名，生成证书。验证方只要信任CA，就能通过证书链信任设备。X.509是最常用的证书标准，IoT场景里常用的是精简版，去掉不必要的字段以节省空间。

我个人习惯在IoT项目里用自建CA，而不是依赖公共CA。公共CA的证书通常很贵，而且IoT设备数量巨大，自建CA更灵活、成本更低。但要注意保护好CA的私钥——一旦泄露，整个信任体系就崩了。

2.5 知识体系总览

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、数字签名和证书体系之间的关系，以及它们在远程证明中的位置。

2.6 小结：IoT场景下的选型建议

这一节内容不少，但核心就一句话：没有万能密码学方案，只有适合场景的选型。我根据经验整理了几个原则：

• 设备资源极有限（如8位MCU、几KB内存）：优先用对称加密+MAC，密钥预置在设备中。非对称操作尽量委托给网关或云端。
• 设备有一定算力（如ARM Cortex-M系列）：用ECDSA做签名，AES-GCM做数据加密。证书用精简X.509。
• 需要国密合规：SM2+SM3+SM4组合，注意SM2签名性能比ECDSA略慢，提前做压力测试。
• 密钥管理：永远不要在代码里硬编码密钥。用安全元件（SE）或可信执行环境（TEE）存储私钥。