3、固件加密基础：对称加密与非对称加密、哈希函数、数字签名

加密这东西，说白了就是给固件穿上一件防弹衣。我见过太多产品，固件直接明文存在 Flash 里，拿个烧录器一读，代码全裸奔。嗯，这章咱们就把加密的底牌翻出来看看。

3.1 对称加密：又快又简单，但钥匙怎么给？

对称加密，就是加密和解密用同一把钥匙。你想想看，就像你家大门，锁门和开门用的是同一把钥匙。优点是快，特别快。我在做一款 IoT 网关时，固件包 8MB，用 AES-128 加密，整个流程不到 200 毫秒。

常用的对称加密算法，我列个表，你一看就明白：

我个人习惯，固件加密首选 AES-128-GCM。为什么？GCM 模式自带认证，能检测数据是否被篡改。我在项目中遇到过，有人用 AES-ECB 模式加密固件，结果被攻击者通过重放攻击搞崩了系统。ECB 模式，同一个明文块会生成同一个密文块，这太危险了。

3.2 非对称加密：钥匙分两把，一把公开一把私藏

非对称加密，加密用公钥，解密用私钥。公钥可以公开，私钥必须保密。这解决了对称加密的「钥匙配送」难题。你想想看，如果设备要跟服务器通信，对称加密的密钥怎么安全地传给设备？用非对称加密来协商，就安全多了。

常见的非对称加密算法：

• RSA：老牌算法，2048 位以上才安全。但慢，真的很慢。我在嵌入式设备上做过测试，RSA-2048 签名一次要 50 毫秒左右。
• ECC（椭圆曲线）：比 RSA 快，密钥更短。256 位的 ECC 安全性相当于 3072 位的 RSA。我建议新项目优先考虑 ECC。
• SM2：国标椭圆曲线算法，国内项目必须支持。

非对称加密在固件安全里，主要干两件事：

1. 密钥交换：比如 ECDH，双方协商出一个对称密钥。
2. 数字签名：用私钥签名，公钥验签。这个后面细说。

3.3 哈希函数：固件的「指纹」

哈希函数，就是把任意长度的数据，压缩成固定长度的摘要。这个摘要有几个特点：

• 不可逆：从摘要反推原始数据，几乎不可能。
• 抗碰撞：很难找到两个不同的数据，哈希值相同。
• 雪崩效应：输入改一个 bit，输出完全变样。

常用的哈希算法：

哈希函数在固件安全里，最常见的用法是完整性校验。固件烧录前，计算哈希值；烧录后，再算一次。两个值一样，说明固件没被篡改。我在项目中遇到过，有人用 MD5 做固件校验，结果攻击者伪造了一个固件包，MD5 碰撞成功，直接绕过了校验。从那以后，我所有项目都强制用 SHA-256。

3.4 数字签名：给固件盖上「官方印章」

数字签名，就是非对称加密 + 哈希函数的组合拳。流程是这样的：

1. 发布方对固件计算哈希值。
2. 用私钥对哈希值加密，生成签名。
3. 把固件和签名一起发布。
4. 接收方用公钥解密签名，得到哈希值。
5. 接收方自己计算固件的哈希值。
6. 两个哈希值对比，一致则签名验证通过。

你想想看，只要私钥不泄露，攻击者就无法伪造签名。这就解决了固件的真实性和完整性两个问题。

常见的签名算法：

• RSA-PSS：RSA 的概率签名方案，比传统 PKCS#1 v1.5 更安全。
• ECDSA：基于 ECC 的签名算法，效率高。
• SM2 签名：国标签名算法。
• Ed25519：现代签名算法，速度快，安全性高。我最近几个项目都在用这个。

3.5 知识体系总览

下面这张图，把本章的核心逻辑串起来了。你一看就明白，这四块技术是怎么配合的。

3.6 实际项目中的组合策略

光讲理论不行，咱们看看实际项目里怎么搭。我总结了一个通用方案，你拿去就能用：

设备端启动时，先验签，再解密。验签失败，直接死循环。没有商量余地。