Lesson 03 · 约 20 分钟

密码学入门：对称、非对称与哈希

本课目标：分清对称加密 / 非对称加密 / 哈希三种工具；能说出数字签名为什么能「防篡改 + 防抵赖」。

开场：为什么密码学是地基

还记得第 1 课的 CIA 吗？机密性靠加密、完整性靠哈希、防抵赖靠数字签名—— 三样东西全是密码学。上午卷的密码题每年必考，下午卷的方案设计题（「请设计一个加密传输方案」）更是直接拿它当答题模板。今天的课学完，你就拥有了下午卷的大招。

一、对称加密：一把钥匙开一把锁

加密和解密用同一把密钥，就像一把钥匙开一把锁。特点：快，适合加密大量数据。代表算法：AES（现代标准）、DES（56 位密钥，已不安全）、3DES、IDEA、国产 SM4。

它的死穴是密钥分发：甲乙要通信，先得把同一把钥匙安全地送到对方手里——送钥匙的路上被偷了，一切白搭。怎么解决？靠非对称加密（见下）。

二、非对称加密：公钥私钥两把锁

每个用户有一对钥匙：公钥（可以公开，谁都能拿到）和私钥（必须保密，只有自己知道）。两条铁律：

公钥加密 → 私钥解密：别人用你的公钥加密发给你，只有你能解开。解决保密。
私钥签名 → 公钥验签：你用私钥「盖章」，别人用你的公钥验证。解决认证 + 防抵赖。

代表算法：RSA、ECC、国产 SM2。特点：慢，不适合加密大数据—— 所以实战中两者搭配：对称加密数据，非对称加密那把对称密钥（这叫「数字信封」思路，先记住结论）。

口诀（对称 vs 非对称）：对称快、非对称慢；对称加密数据，非对称传密钥。
口诀（非对称密钥方向）⚠️：公钥加密 → 私钥解（保密）；私钥签名 → 公钥验（认证+防抵赖）。

三、哈希：内容的一滴「指纹」

哈希函数把任意长度的输入，算成固定长度的输出（如 SHA-256 输出 256 位）。三个特性是考试最爱：

单向不可逆：从输出反推输入在计算上不可行——所以哈希不是加密（加密可逆，哈希不可逆，注意这个坑）；
相同输入必得相同输出：同一份文件任何时候算，指纹都一样；
雪崩效应：输入改一个比特，输出面目全非。

用途：完整性校验（发文件时附上哈希，收方一算对不上就是被改过）、口令存储（只存哈希不存明文）。算法：MD5（128 位，已不安全）、SHA-1（已不安全）、SHA-256（现代标准）、国产 SM3。

口诀（哈希 vs 加密）：哈希不是加密——加密可逆，哈希不可逆。
口诀（算法淘汰与标准）：淘汰 DES / MD5 / SHA-1；现代 AES / SHA-256；国产 SM2 · SM3 · SM4。

四、数字签名：私钥盖章，公钥验章

把前三样串起来就是下午卷的送分模型。发送方（比如银行）要发一条转账确认，流程是：

对消息算哈希；
用自己的私钥加密这个哈希 = 「签名」；
消息 + 签名一起发出；
接收方用银行的公钥解出哈希 1，再对收到的消息重算哈希 2；
两个哈希相等 ⇒ 消息没被改（完整性）+ 确实出自银行（不可否认性）。

口诀（数字签名作用）：私钥盖章，公钥验章——签名用私钥（只有我能签），验签用公钥（人人都能验）。私钥泄露，一切作废。

五、动手练一练（点击选项，立刻看对错）

Q1 · 下列哪项属于对称加密算法？

答案 B。AES 是对称加密（现代标准）。RSA、ECC、SM2 都是非对称的。记忆：对称「A 系」（AES）+ 国产 SM4；非对称「R 系」（RSA、ECC、SM2）。

Q2 · 甲用乙的公钥加密一条消息后发送。谁能够解密？

答案 B。公钥加密、私钥解密：乙的私钥只有乙有，所以只有乙能解。这正是「公钥可以满天飞，私钥打死不外借」的原因。

Q3 · 下列关于哈希函数的描述，正确的是？

答案 B。哈希是确定性的：同一输入必得同一输出。A 错在「必」——哈希存在碰撞（不同输入可能撞出相同输出）；C 违反单向性；D 违反定长输出。

Q4 · 甲用自己的私钥对消息签名后发送。乙要用什么来验证签名？

答案 C。私钥签名、公钥验签。B 是干扰项：证书里确实装着公钥，但「验证」直接用的工具是公钥本身。

Q5 · 网站需要保证用户提交的订单数据「未被篡改且商家无法抵赖」，最适合采用？

答案 B。「防篡改」（完整性）+「防抵赖」（不可否认性）= 数字签名（哈希 + 私钥签名）。C、D 是攻击手法，用来当干扰项的。

Q6 · Which of the following is a symmetric encryption algorithm?（英文题）

答案 B。AES 是对称加密。英文题套路：考的就是你认不认识算法名和术语，词汇表密码学速查表里的英文词每天过一遍。

附加题（下午卷风格）· 点击展开答案

某银行需要向客户传输一份大文件，要求：① 传输过程保密；② 客户能验证文件未被篡改；③ 银行无法抵赖曾发出该文件。请给出方案。

① 保密：用对称加密（如 AES）加密文件——数据量大，对称加密快；对称密钥再用银行的非对称加密方式安全送达（数字信封思路）。
② 防篡改：对文件计算哈希，客户收到后重算比对。
③ 防抵赖：银行用私钥对哈希签名，客户用银行公钥验签。
答题格式就这个套路：需求 → 技术 → 理由，每一条各占一行，得分点就到手了。

六、今日任务（约 40 分钟）

精读第 3 章（30 分钟）：教材精读 · 第 3 章密码学，重点看对称/非对称/哈希与数字签名流程。
睡前默写（5 分钟）：写一句话总结每种工具「解决什么问题」——对称：保密；哈希：防篡改；签名：防抵赖防冒充。
给家人讲（5 分钟）：用「寄保险箱」或「盖章」的比喻把数字签名讲明白——能讲出来，才是真会了。

七、本课知识从哪来

《信息安全工程师教程（第 2 版）》密码学部分：对称（DES/3DES/AES/IDEA）、非对称（RSA）、Hash、数字签名、国产算法（清华大学出版社）
速查卡：密码学速查表（打印）· 攻击手法词汇表 · 第 1 课：CIA