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、密钥派生函数（KDF）概念

各位同学好，我是老张。今天咱们聊点基础但极其重要的东西——密码学核心概念。你可能会想：「都做TEE了，还讲这些干嘛？」

说实话，我当年刚接触TEE时也这么想。结果第一次做密钥派生就踩了坑，回头才发现是哈希函数选型出了问题。嗯，基础不牢，地动山摇。咱们先把这几块基石夯实了，后面讲SM2和密钥派生时才不会晕。

对称加密：又快又简单，但密钥怎么传？

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

常见的对称算法有AES、SM4（国密标准）。在TEE场景里，我习惯用AES-256-GCM，因为它自带认证加密，能同时保证机密性和完整性。

我在项目中遇到过一件事：两个安全芯片之间需要交换会话密钥，直接用对称加密传密钥，结果被中间人截了。后来才改成用非对称加密来协商对称密钥。这就是为什么我们需要下一块内容。

非对称加密：公钥随便给，私钥自己藏

非对称加密，密钥成对出现——公钥和私钥。公钥可以公开，私钥必须保密。你用公钥加密，只有对应的私钥能解密。

常用的有RSA、ECC（椭圆曲线），国密里就是SM2。我个人偏爱ECC，因为同等安全强度下，ECC的密钥长度更短，计算效率更高。

特性	对称加密	非对称加密
密钥数量	1个（共享密钥）	2个（公钥+私钥）
速度	快（硬件加速可达GB/s）	慢（通常用于小数据）
典型用途	批量数据加密	密钥交换、数字签名
国密标准	SM4	SM2

实际项目中，没人会用非对称加密去加密一个大文件。太慢了。正确的做法是：用非对称加密协商一个临时对称密钥，然后用这个对称密钥去加密实际数据。这叫「混合加密」，TEE里大量使用这个模式。

哈希函数：不可逆的「数字指纹」

哈希函数，你给它任意长度的输入，它给你一个固定长度的输出。而且这个输出看起来完全是随机的。关键特性：

• 单向性：从哈希值反推原始输入，计算上不可行
• 抗碰撞性：很难找到两个不同输入产生相同哈希值
• 雪崩效应：输入改一个bit，输出完全变样

常用的有SHA-256、SM3（国密）。在TEE里，哈希函数无处不在——代码完整性校验、密钥派生、数字签名，哪哪都离不开它。

数字签名：证明「你是谁」和「你没改过」

数字签名解决两个问题：身份认证和完整性验证。签名者用私钥对消息的哈希值签名，验证者用公钥验签。

流程很简单：

1. 对消息做哈希，得到摘要
2. 用私钥加密这个摘要（实际是签名算法，不完全是加密）
3. 把签名附在消息后面发出去
4. 验证者用公钥解密签名，得到摘要1；再对消息做哈希得到摘要2；两个摘要一致则验证通过

在TEE里，数字签名用于认证TA（可信应用）的合法性。每次加载TA时，TEE内核都会验签，确保代码没有被篡改。SM2的数字签名算法就是基于椭圆曲线的，后面我们会手写实现。

密钥派生函数（KDF）：从一根「主密钥」生出无数「子密钥」

这是咱们课程的核心概念之一。KDF，说白了就是从一个主密钥（比如用户密码、DH协商的共享密钥）派生出多个子密钥的算法。

为什么需要KDF？你想想看，一个应用可能需要加密密钥、HMAC密钥、IV向量……总不能都用同一个密钥吧？KDF就是干这个的。

常见的KDF有HKDF（RFC 5869）、PBKDF2、国密里的KDF（基于SM3）。在TEE里，KDF用于从平台根密钥派生出各个TA的专属密钥。我建议你重点掌握HKDF，它设计清晰，安全性有保障。

知识体系总览

下面这张图把今天讲的核心概念串起来了。你可以看到，对称加密和非对称加密负责「加密」，哈希函数负责「完整性」，数字签名负责「认证」，而KDF负责「密钥管理」。在TEE里，这五者缺一不可。

好了，这一章的内容就到这儿。这些概念看起来简单，但每个都值得深挖。后面讲SM2算法和TEE密钥派生时，我们会反复用到这些知识。你最好把这张图存下来，后面忘了随时回看。