密码学基础知识（0基础小白版，超详细！！！）
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目录
一、密码的基础概念
1，密码的概念
2.密码的技术发展
3，密码算法分类
对称密码算法：
1，序列密码
2，分组密码
1，分组密码的工作模式
公钥密码算法：
各类公钥密码算法——各类算法对比
杂凑密码算法：
常见的杂凑函数的对比
二，密钥管理的基本概念
1，密码算法的安全强度
2，密钥的生命周期
1，密钥生成（产生钥匙）
a）在密钥协商过程中从共享秘密派生密钥
2，密钥分发（送钥匙）
3，密钥存储（存钥匙）
4. 密钥使用（用钥匙）
5. 密钥更新 / 轮换（换钥匙）
6. 密钥吊销（作废钥匙）
7. 密钥销毁（销毁钥匙）
8.密钥归档（保管钥匙）
一、密码的基础概念
1，密码的概念
密码是采用特定变换的方法对信息等进行加密保护、安全认证的技术、产品和服务。平时遇到的登录微信、QQ、邮箱遇到的“密码”只能叫做口令。
2.密码的技术发展
大致经历了古典密码、机械密码和现代密码三个发展阶段。古典密码是密码学的源头，如凯撒密码、滚筒密码、密码盘，基本上都是算法+参数的形式
机械密码是用了一些机械和电动装备，用于实现数据加解密计算，典型代表是恩尼格玛密码机
现代密码的奠基性论文《保密系统的通信理论》在《贝尔系统技术杂志》上发表。
3，密码算法分类
常见的密码算法包括对称密码算法、非对称密码算法和密码杂凑算法三个
1>对称密码算法：
简单说就是加密和解密用同一个 “钥匙”的加密方法。打个比方：就像你用一把钥匙锁上了一个箱子，之后想打开这个箱子，必须用同一把钥匙才行。这里的 “钥匙” 就是一串特定的代码，加密时用它把明文（能看懂的信息）变成乱码（密文），解密时再用这把钥匙把乱码变回明文。
它的特点很明显：加密和解密的 “钥匙” 完全相同，或者能从一个快速算出另一个。就像现实中分享钥匙一样，这种算法需要保证 “钥匙” 能安全地传给对方，不然别人拿到钥匙就能解开信息。速度通常很快，适合加密大量数据，比如我们日常用的聊天软件加密、文件加密，很多都用到了对称密码算法（比如 AES 算法）。
对比一下：如果加密和解密用不同的钥匙（比如一个是公开的 “锁”，一个是只有自己有的 “钥匙”），那就是非对称密码算法了。
1，序列密码
常见的有ZUC算法。其算法长度为128比特，该算法由128比特种子密钥和128比特IV共同作用生成32比特的密钥流。
2，分组密码
SM4——是我国发布的商用密码算法中的分组密码算法。为了配合WAPI无线局域网标准的推广应用。下面是常见的对称密码算法的对比
分组密码的工作模式
2>公钥密码算法：
又叫非对称加密算法，简单说就是加密和解密用两把不同的 “钥匙”的加密方法，这两把钥匙是一对，被称为 “公钥” 和 “私钥”。打个比方：就像你有一个带两把钥匙的锁 —— 一把是 “公钥”，可以复制很多份给任何人，相当于一个 “公开的信箱”，别人都能用这把钥匙（公钥）把信件锁进信箱；而另一把是 “私钥”，只有你自己保管，相当于 “信箱的唯一钥匙”，只有用它才能打开信箱取出信件。
它的核心特点：公钥公开，谁都能用来加密信息，但加密后的信息只有对应的私钥才能解密，别人拿公钥也解不开。反过来，用私钥加密的信息（比如数字签名），别人可以用对应的公钥验证是不是你发的，因为只有你的私钥能生成这样的加密结果。不需要像对称密码那样 “偷偷传递钥匙”，因为公钥可以随便给，安全性主要靠私钥的绝对保密（私钥一旦泄露，别人就能解密你的信息）。但缺点是速度通常比对称密码慢，所以一般不直接加密大量数据，更多用于 “传递对称密码的钥匙”（比如 https 加密时，先用公钥加密对称钥匙，再用对称钥匙加密数据），或者做身份验证（比如数字签名）。常见的公钥密码算法有 RSA、ECC（椭圆曲线加密）等，我们平时网上付款、发邮件签名，背后很多都用到了它。
各类公钥密码算法——各类算法对比
3>杂凑密码算法：
杂凑算法（也叫哈希算法、散列算法）其实不是加密算法，它的作用更像 “信息指纹”—— 把任意长度的信息转换成一个固定长度的 “字符串”（叫哈希值或散列值），而且这个过程是 “单向” 的，没法从哈希值反推回原来的信息。打个通俗的比方：就像把一堆食材（比如蔬菜、肉类）放进粉碎机，最后磨成一小堆固定大小的粉末（哈希值）。不管原来的食材是多是少、是什么种类，出来的粉末量是固定的；而且你没法从这堆粉末反推出原来的食材是哪些，但只要食材有一点点变化（哪怕多了一粒盐），磨出来的粉末就会完全不一样。
它的核心特点：单向性（抗原像攻击）：只能从原文算出哈希值，不能从哈希值还原原文**。弱****抗碰撞性（抗第二原像攻击）**：不同的原文（哪怕只差一个字符），几乎不可能算出相同的哈希值（叫 “碰撞”，概率极低）。强抗碰撞攻击：即找到两个消息M1、M2（M1≠M2）使得H(M1)=H(M2)是困难的。固定长度：不管原文是 1 个字还是 1 个 G 的文件，哈希值的长度固定（比如 MD5 是 32 个字符，SHA-256 是 64 个字符）。常见用途：密码存储：网站不会存你的明文密码，而是存密码的哈希值。你登录时，网站把你输入的密码算成哈希值，和存的对比，一致就通过（这样即使数据库泄露，别人也拿不到明文密码）。文件校验：比如下载软件时，官网会给一个哈希值。你下载后算出文件的哈希值，和官网的对比，一致就说明文件没被篡改或损坏。数字签名辅助：结合公钥算法，用哈希值给大文件 “瘦身”，再签名，提高效率。常见的杂凑算法有 MD5（已不安全，易被破解）、SHA-1（逐渐淘汰）、SHA-256（目前广泛使用，安全性高）等。
常见的杂凑函数的对比
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二，密钥管理的基本概念
1，密码算法的安全强度
Q:选择什么密码算法？如何评估量化评估算法安全性？
A:不同场景需要不同类型的算法，核心原则是优先选择经过国际 / 行业标准认证、且未被发现重大漏洞的算法。对称加密算法一般用于数据加密，如文件、通讯。非对称安全强度（Security Strength）表示征攻破一个密码算法或系统所需的工作量， 简单来说就是这个算法能抗住多久的破解攻击，单位为 bit , 意义：一个算法安全强度为xbit，则意味着攻破它所需的计算量最多为2的x次方次。
2，密钥的生命周期
密钥的生命周期是指从密钥生成到销毁的时间跨度。不同的密钥有不同的密钥周期
1，密钥生成（产生钥匙）
密钥生成是密钥生命周期的起点，就像工厂生产钥匙，密钥生成是 “造钥匙” 的第一步。不是随便编个数字就行，得用专门的算法（比如 RSA、AES），国家主管部门批准的随机数发生器生成一串随机且复杂的字符，确保别人猜不到。举例：生成一把 “家门钥匙”，齿纹越复杂，小偷越难复制。密钥的长度（比如 256 位）就像齿纹的复杂度，越长越安全。
在实际场景中，密钥可能不是由随机数直接生成的，而是通过某个秘密值进行派生的——密钥派生函数（Key Derivation Function）KDF,它一般利用对称密码算法或者密码杂凑算法实现密钥生成。
a）在密钥协商过程中从共享秘密派生密钥
密钥协商里的 “从共享秘密派生密钥”，就是两个人先通过某种方式搞出一个 “共同的秘密”（比如用 Diffie-Hellman 算法算出的那个数），但这个秘密不能直接当密钥用，得经过一套固定的 “加工流程”，变成真正能用的密钥。举个例子：你和朋友约定好一个 “共享秘密”—— 比如一串数字 “123456”。但这串数字太简单，直接当密码（密钥）不安全。于是你们提前说好规则：“把每个数字加 3，再倒过来”。按这规则加工后，“123456” 就变成了 “987654”，这个结果才是你们实际用的密钥。
这里的 “加工流程” 有两个关键作用：让原始的共享秘密更 “像密钥”（比如长度符合要求、格式规范）；增加安全性，就算原始秘密被人偷看了一点，没掌握加工规则也猜不出最终密钥。现实中这个 “加工流程” 有专业的算法（比如 KDF），但核心逻辑就是：用一个共同的秘密，加一套双方都知道的 “变身规则”，变出能用的密钥。
b）从主密钥派生密钥（密钥分散）
从主密钥派生密钥，说白了就是：先有一个 “总钥匙”（主密钥），然后用一套固定的 “分钥匙规则”，从这个总钥匙里变出好多把 “专用钥匙”（派生密钥），每把专用钥匙各管一摊事儿。举个生活例子：你家有个 “主钥匙” 能打开大门，但家里还有卧室、书房、保险柜，总不能都用大门钥匙开吧？于是你按事先定好的规则（比如 “主钥匙掰断左边 3 厘米是卧室钥匙，掰断右边 2 厘米是书房钥匙”），从主钥匙衍生出几把专用钥匙，各自对应不同的门。
这里的关键逻辑：主密钥是 “根”，是最核心的那个秘密，得保管得特别好；派生规则是公开的 “公式”（比如用专业算法 KDF），但没有主密钥，光知道规则也变不出专用钥匙；派生出来的密钥各司其职（比如有的负责加密数据，有的负责验证签名，有的负责临时会话），就算某把专用钥匙泄露了，主密钥和其他钥匙还能安全用，不用全换。
这样做的好处是：不用单独生成和保管一大堆钥匙，只要管好主密钥，就能按需求随时变出各种专用钥匙，既安全又方便管理。适用于生成大量对称密钥的场景。具备明确的层级关系 ：国家->省部->地方->个人
2，密钥分发（送钥匙）
生成的密钥要送到需要用的人手里（比如发送方和接收方），但过程必须偷偷摸摸，不能被别人看到。比如：你给朋友寄钥匙，不能贴在快递单上，得用加密的方式（比如 “密钥交换协议”）私下传递，确保只有朋友能收到。如果密钥在分发时被截获，就像快递被偷，别人就能用你的钥匙开门了。
3，密钥存储（存钥匙）
钥匙不能随手丢，得找个安全的地方放起来。个人层面：可能存在手机的加密芯片里，或专门的 “密钥管理工具”（类似带锁的抽屉）。企业层面：可能存在硬件安全模块（HSM）里，这是一种防黑客的 “保险箱”，即使电脑被黑，密钥也拿不出来。绝对不能明文存在记事本、电脑桌面，就像把钥匙插在门锁上。
4. 密钥使用（用钥匙）
这是密钥发挥作用的环节，比如加密文件、解密信息、验证身份（类似用钥匙开门、锁门）。
加密：用密钥把明文（比如 “我爱你”）变成乱码（比如 “#%@/*”），别人看不懂。解密：接收方用同样的密钥（对称加密）或配对的密钥（非对称加密），把乱码变回 “我爱你”。使用时要 “用完就收”，不能在内存里留痕迹，防止被恶意程序偷走。
5. 密钥更新 / 轮换（换钥匙）
钥匙用久了可能磨损或有泄露风险，需要定期换新的。就像家里的钥匙用了几年，担心被人配过，换一把新锁芯。比如银行的密钥可能每天换一次，普通 APP 的密钥可能每月换一次，根据安全需求定。换新钥匙时，要确保旧钥匙彻底失效，同时新钥匙的分发和存储要重新走一遍安全流程。
6. 密钥吊销（作废钥匙）
如果发现钥匙可能被偷了（比如怀疑密钥泄露），就得紧急宣布这把钥匙作废，不让它再用。发现钥匙丢了，赶紧告诉家人 “旧钥匙没用了，别用它开门”，同时换锁。通过 “证书吊销列表（CRL）” 或 “在线证书状态协议（OCSP）” 通知所有人：“这把密钥失效了，别信它！”
7. 密钥销毁（销毁钥匙）
当密钥彻底没用了（比如过期、被吊销，或系统停用），要彻底毁掉，一点痕迹都不能留。不是简单删除文件，而是用随机数据覆盖存储密钥的内存或硬盘区域，就像把旧钥匙掰断、熔掉，确保无法复原。旧手机淘汰时，要彻底删除密钥信息，否则别人恢复数据可能拿到密钥。
8.密钥归档（保管钥匙）
密钥归档，说白了就是把加密用的 “钥匙”（密钥）妥善保存起来，方便以后需要的时候能找到、能用。打个比方：你家里有个保险柜，钥匙很重要，但平时不用总拿在手里，就会找个安全的地方（比如抽屉深处、专门的钥匙盒）存起来，万一哪天要用保险柜，就能快速找到钥匙。
密钥归档也是这个道理：这些 “密钥” 是用来加密文件、数据、通讯内容的，没有它们，加密的东西就解不开。归档不是随便丢着，而是要按规则存（比如存在安全的服务器、加密的存储设备里），还要记清楚哪个密钥对应哪批数据、什么时候到期等等。目的是防止密钥丢了（比如管理员离职没交接），以后想解密老数据时找不到钥匙，导致重要信息永久丢失。
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