Security（02）：加密算法——对称加密、非对称加密、哈希、国密
更新时间：2026-09-02。本文是
security/Security 领域第 02 篇，接 认证鉴权。加密算法是安全的基石，分为对称加密（AES）、非对称加密（RSA/ECC）、哈希（MD5/SHA）、国密（SM2/SM3/SM4）。各有各的用途：传输加密用 AES+TLS，身份签名用 RSA/ECC，密码存储用哈希+盐，合规用国密。
本文要回答的问题
- 对称加密和非对称加密的区别？谁快谁慢？
- AES 加密流程？密钥长度选 128 还是 256？
- RSA 和 ECC 对比？ECC 为什么更适合移动端？
- 哈希为什么不可逆？加盐哈希是什么？
- 国密 SM2/SM3/SM4 分别是做什么的？
一、加密算法分类
加密算法分为三类：
1. 对称加密
加密和解密用同一个密钥
代表：AES、DES、3DES、SM4
速度：快（Gbps 级别）
问题：密钥分发
2. 非对称加密
加密用公钥，解密用私钥
代表：RSA、ECC、SM2
速度：慢（Mbps 级别）
好处：公钥公开，不需要密钥分发
3. 哈希函数
不可逆，输入可变长度，输出固定长度
代表：MD5、SHA-1、SHA-256、SM3
用途：校验完整性、密码存储对比表：
| 对比 | 对称加密 | 非对称加密 | 哈希 |
|---|---|---|---|
| 密钥 | 同一个密钥 | 公钥+私钥 | 无密钥 |
| 速度 | 快 | 慢 | 快 |
| 安全 | 密钥泄露风险 | 安全 | 碰撞风险 |
| 用途 | 数据加密 | 密钥交换/签名 | 完整性/存储 |
| 代表 | AES | RSA/ECC | SHA-256 |
二、AES——对称加密
AES = Advanced Encryption Standard
密钥长度：128 bit / 192 bit / 256 bit
推荐：AES-256（安全，但 AES-128 也够用）
加密模式：
ECB：最简单，但相同明文得到相同密文，不安全
CBC：需要 IV 向量，相同明文不同密文，推荐
GCM：带认证的加密模式，推荐（AES-GCM）
CTR：流模式，不需要填充
AES-256-CBC 加密流程：
1. 生成随机密钥（256 bit）
2. 生成随机 IV（128 bit）
3. 明文 + IV + 密钥 → AES-CBC 加密 → 密文
4. 传输：IV + 密文（IV 不需要保密）
解密：
1. 接收 IV + 密文
2. IV + 密文 + 密钥 → AES-CBC 解密 → 明文实践建议：
- 用 AES-256-GCM，最安全，带认证
- 密钥不要写死在代码里
- 密钥长度 256 bit，不要用 128 bit
- 定期轮换密钥
三、RSA——非对称加密
RSA = Rivest-Shamir-Adleman
原理：大整数分解困难
n = p × q（p 和 q 是大质数）
公钥：(n, e)
私钥：(n, d)
加密：c = m^e mod n
解密：m = c^d mod n
密钥长度：2048 bit / 4096 bit
推荐：RSA-2048（安全），RSA-4096（更安全，但慢）
RSA 速度：
RSA-2048 加密：约 0.1 MB/s
AES-256 加密：约 1 GB/s
RSA 比 AES 慢 10000 倍
所以实际使用：
非对称加密（RSA）只加密对称密钥
对称加密（AES）加密实际数据
RSA 加密 AES 密钥 → AES 加密数据RSA 的长度限制：
- RSA-2048 一次最多加密 245 字节
- 不能加密大文件
- 大文件 AES 加密，RSA 加密 AES 密钥
四、ECC——椭圆曲线加密
ECC = Elliptic Curve Cryptography
原理：椭圆曲线离散对数困难
y² = x³ + ax + b
ECC vs RSA 对比：
ECC-256 安全性 ≈ RSA-3072
ECC-384 安全性 ≈ RSA-7680
ECC 优点：
密钥更短，同样安全性 ECC 密钥只有 RSA 的 1/10
计算更快，适合移动端
ECC 曲线：
P-256（secp256r1）：最常用
P-384：更高安全
Curve25519：速度快，推荐
应用场景：
ECDH（密钥交换）
ECDSA（数字签名）
Ed25519（签名，更快）主流选择： 新系统推荐用 ECC（Ed25519），比 RSA 更快、更安全、密钥更短。
五、哈希
哈希函数 = 不可逆，输入转固定长度
常用哈希：
MD5：128 bit，已不安全，碰撞攻击容易
SHA-1：160 bit，已不安全，建议弃用
SHA-256：256 bit，安全，推荐
SHA-3：最新标准，安全
SM3：国密，256 bit，安全加盐哈希
密码存储不能直接存明文，也不能存哈希就完事
问题：相同密码哈希值相同，容易被彩虹表撞库
解决：加盐（Salt）
Salt = 随机字符串，每个用户不同
存储：Salt + Hash(Salt + Password)
验证：
用户输入密码 → 查 Salt → Hash(Salt + 输入) → 对比存储的哈希
推荐算法：
bcrypt：自带的盐，慢（可调，推荐）
scrypt：内存消耗大，抗 GPU 攻击
Argon2：Password Hashing Competition 的优胜者，推荐结论： 密码存储用 bcrypt 或 Argon2，不要用 MD5/SHA-256 直接哈希。
六、国密算法
| 国密 | 对应国际 | 用途 |
|---|---|---|
| SM2 | ECC | 非对称加密、数字签名 |
| SM3 | SHA-256 | 哈希，输出 256 bit |
| SM4 | AES | 对称加密，128 bit 分组 |
SM2 特点：
- 基于 ECC，256 bit 密钥
- 签名效率高，安全
- 国内金融、政务系统强制要求
SM3 特点：
- 输出 256 bit
- 安全，与 SHA-256 相当
- 国内商用密码认证
SM4 特点：
- 128 bit 分组长度，128 bit 密钥
- 加密速度与 AES 相当
- 国内合规要求
什么时候用国密：
- 国内金融、政务、医疗等合规要求
- 海外业务用国际标准（AES/RSA/SHA-256）
七、常见坑对照
| 错误 | 现象 | 对策 |
|---|---|---|
| 密码明文存储 | 脱库直接泄露 | bcrypt 或 Argon2 加盐哈希 |
| 用 MD5 存密码 | 彩虹表秒破 | 弃用 MD5，用 bcrypt |
| RSA 加密大文件 | 报错 | RSA 只加密 AES 密钥，AES 加密数据 |
| 固定 IV | 相同明文相同密文 | 随机 IV，每次不同 |
| 密钥硬编码 | 反编译就能拿到 | 环境变量或密钥管理服务 |
| 忽略国密合规 | 金融/政务审核不过 | 了解合规要求，用 SM2/SM3/SM4 |
相关与延伸
下一篇：网络安全——TLS/HTTPS 原理、证书链、握手流程；认证鉴权，见 认证鉴权——OAuth2、JWT、Session。
一句话总结
加密算法：对称加密 AES 加密数据快（Gbps），非对称加密 RSA/ECC 加密密钥交换慢（Mbps），实际用 RSA 加密 AES 密钥 + AES 加密数据；ECC 比 RSA 更短更快，新系统推荐 Ed25519；哈希不可逆，密码存储用 bcrypt/Argon2 加盐，不要直接用 MD5/SHA-256；国密 SM2（ECC 签名）、SM3（哈希）、SM4（对称加密），国内合规要求必须用。