加密基础：对称密钥 vs 非对称密钥

"请把这个数据加密后发送。"

当你听到这句话时，你知道具体该怎么做吗？

加密主要有两种方式。如果不知道何时使用哪种方式，你的安全设计可能会出错。

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加密 vs 哈希

首先，让我们区分这两个容易混淆的概念。

加密：可以恢复原始数据 哈希：无法恢复原始数据

密码存储使用哈希，数据传输使用加密。

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对称密钥加密

概念

使用同一个密钥进行加密和解密。

明文 + 密钥 → 加密 → 密文
密文 + 密钥 → 解密 → 明文

示例：锁和钥匙

想象一下你家的钥匙。用同一把钥匙锁门，也用同一把钥匙开门。

常见算法

代码示例（Node.js）

const crypto = require('crypto');

// 生成密钥（实际应用中需要安全存储）
const key = crypto.randomBytes(32);  // AES-256
const iv = crypto.randomBytes(16);   // 初始化向量

// 加密
function encrypt(text) {
  const cipher = crypto.createCipheriv('aes-256-cbc', key, iv);
  let encrypted = cipher.update(text, 'utf8', 'hex');
  encrypted += cipher.final('hex');
  return encrypted;
}

// 解密
function decrypt(encrypted) {
  const decipher = crypto.createDecipheriv('aes-256-cbc', key, iv);
  let decrypted = decipher.update(encrypted, 'hex', 'utf8');
  decrypted += decipher.final('utf8');
  return decrypted;
}

const secret = "敏感数据";
const encrypted = encrypt(secret);
const decrypted = decrypt(encrypted);

console.log(encrypted);   // "a3f8b2c1..."
console.log(decrypted);   // "敏感数据"

优缺点

密钥共享问题

如果A想向B发送加密消息，A必须先把密钥传给B。

但是，如何安全地传递这个密钥呢？

非对称密钥加密解决了这个问题。

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非对称密钥加密

概念

使用两个密钥：

• 公钥（Public Key）：任何人都可以知道
• 私钥（Private Key）：绝对不能公开

公钥加密 → 只有私钥能解密
私钥签名 → 公钥验证

示例：邮箱

• 公钥 = 邮箱投递口（任何人都可以投递信件）
• 私钥 = 邮箱钥匙（只有主人能取出信件）

常见算法

代码示例（Node.js RSA）

const crypto = require('crypto');

// 生成密钥对
const { publicKey, privateKey } = crypto.generateKeyPairSync('rsa', {
  modulusLength: 2048,
});

// 公钥加密
function encryptWithPublic(text) {
  return crypto.publicEncrypt(publicKey, Buffer.from(text)).toString('base64');
}

// 私钥解密
function decryptWithPrivate(encrypted) {
  return crypto.privateDecrypt(privateKey, Buffer.from(encrypted, 'base64')).toString();
}

const secret = "敏感数据";
const encrypted = encryptWithPublic(secret);
const decrypted = decryptWithPrivate(encrypted);

console.log(decrypted);  // "敏感数据"

数字签名

用私钥签名后，任何人都可以用公钥验证是谁签名的。

// 私钥签名
const sign = crypto.createSign('SHA256');
sign.update('消息');
const signature = sign.sign(privateKey, 'base64');

// 公钥验证
const verify = crypto.createVerify('SHA256');
verify.update('消息');
const isValid = verify.verify(publicKey, signature, 'base64');

console.log(isValid);  // true

优缺点

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实战：两者结合使用（混合加密）

这就是HTTPS的工作原理。

流程

1. 服务器：生成RSA公钥/私钥对
2. 客户端：获取服务器的公钥
3. 客户端：生成AES会话密钥
4. 客户端：用RSA公钥加密会话密钥 → 发送给服务器
5. 服务器：用RSA私钥解密会话密钥
6. 双方：使用AES会话密钥加密通信

为什么这样做

• RSA：仅用于密钥交换（慢但安全）
• AES：用于实际数据加密（快速）

取两者之长。

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实践检查清单

使用对称密钥（AES）时

• 使用AES-256或AES-128
• 每次加密生成新的IV（初始化向量）
• 将密钥存储在环境变量或KMS中
• 禁止使用ECB模式（使用CBC、GCM）

使用非对称密钥（RSA）时

• 至少使用2048bit密钥
• 绝不泄露私钥
• 使用OAEP填充（避免PKCS#1 v1.5）
• 制定密钥轮换策略

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常见问题

Q：API密钥应该加密存储吗？

A：建议使用环境变量或密钥管理工具（AWS Secrets Manager、HashiCorp Vault）而不是加密。即使加密了，还是要管理解密密钥。

Q：在客户端加密安全吗？

A：不安全。客户端代码对所有人可见，密钥会暴露。敏感加密应该在服务器端进行。

Q：SHA-256是加密吗？

A：不是。SHA-256是哈希，无法解密。如果需要恢复数据，请使用AES等加密算法。

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总结

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相关工具