非对称加密算法与应用场景

简介

非对称加密需要一对密钥：公开的公钥和不公开的私钥。用其中一个加密，只能用另一个解密——连加密用的密钥本身也解不开。

两个密钥数学上相关，但知道其中一个推不出另一个，所以公钥可以任意公开，私钥必须由持有者严格保管，不通过网络传输、不交给通信对方。加解密用不同密钥，故称"非对称"，区别于加解密共用同一密钥的对称加密。

加密与签名：两个核心场景

非对称加密的两个用途：数据加密和数字签名，前者保护机密性，后者保护完整性与身份。

加密与签名的区别

加密防泄露（机密性），签名防篡改并证明身份（完整性 + 身份认证 + 不可否认）。两者目的不同，常配合使用。

加密过程

1. A 生成密钥对，私钥自留，公钥公开。此处 A 是接收方。
2. B 要给 A 发密文，用 A 的公钥加密消息。
3. A 收到后用自己的私钥解密。只有 A 的私钥能解开，密文即便被截获也无法还原。

签名过程

1. A 生成密钥对，私钥自留，公钥公开。此处 A 是发送方。
2. A 先对消息计算哈希摘要（如 SHA-256），再用私钥对摘要签名，得到签名值；把消息原文和签名一起发出。
3. B 用 A 的公钥验签：对收到的消息重算摘要，与签名还原出的摘要比对，一致则验签通过，证明消息确实来自 A 且未被改动。

签名一定是对摘要签，不是对原文签——既绕开长度限制，也比直接签原文快。即便知道消息内容，没有私钥也无法伪造签名。

加密场景里密钥持有者是接收方（别人用你的公钥加密、你用私钥解密）；签名场景里密钥持有者是发送方（你用私钥签、别人用你的公钥验）。同一对密钥在两个场景里角色对调。

常见算法

主流非对称算法按所依据的数学难题分两类：

• RSA：基于大整数分解难题，最经典、生态最全，证书兼容性最好。缺点是密钥和密文都长（2048 位起步），运算慢。
• ECC（椭圆曲线）：基于椭圆曲线离散对数（ECDLP）。同等安全强度下密钥短得多、速度快。其中 ECDSA 用于签名，ECDH 用于密钥交换。

算法	数学基础	安全强度	特点
RSA-2048	大整数分解	≈112-bit	通用、兼容好，当前事实标准下限
RSA-3072	大整数分解	≈128-bit	对标 ECC P-256
ECDSA P-256	椭圆曲线离散对数	≈128-bit	密钥与签名短、速度快，新平台首选

新系统优先 ECDSA P-256 或 RSA-2048；RSA 签名方案选 RSASSA-PSS（比 PKCS#1 v1.5 更抗填充攻击）。RSA-1024 及以下、MD5、SHA-1 一律禁用。

密钥对的具体生成（openssl 命令 + Java/Go 代码）见《Rsa 密匙对生成》与《ECC 密钥对生成》。

实际应用场景

抽象流程之外，非对称加密的真实落地几乎都在这三处：

• HTTPS / TLS。握手阶段用非对称（ECDHE 协商对称密钥、RSA/ECDSA 验证证书）建立安全通道，之后的大量数据传输改用对称加密——非对称只用在建立连接这一小段，兼顾安全和性能。
• 数字证书与 CA。公钥怎么确认是某个人的？由可信的证书颁发机构（CA）用自己的私钥给公钥签名，产出数字证书。浏览器和操作系统内置 CA 根证书，据此验证服务端证书真伪，堵住中间人冒充公钥的攻击。
• SSH 登录、代码与镜像签名、PGP/GPG 邮件加密等，原理同上。

混合加密

非对称运算慢，且有长度上限：RSA-2048 单次只能加密约 245 字节，直接加密大报文既慢又不可行。所以实际从不拿非对称单独加密业务数据，而是用混合方案：

1. 随机生成一次性对称密钥（AES），用它加密整段报文；
2. 用接收方公钥（RSA 或 ECDH）加密这把对称密钥，连同密文一起发出；
3. 接收方用私钥解出对称密钥，再解开报文。

把非对称"无需预先共享密钥"的便利和对称"快"的性能结合起来。TLS、开放平台报文加密用的都是这套混合思路。