加密基础知识与密码保护

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在互联网上传输的数据通过加密技术防止第三方窃听和篡改。 密码保护也深度依赖于加密技术，理解加密基础知识是保护账户安全不可或缺的知识。截至 2025 年， 随着量子计算机的发展，NIST 正在推进后量子密码 (PQC) 的标准化，加密技术正迎来新的转折点。 关于量子计算如何影响密码安全，请参阅后量子时代的密码安全一文。 本文将解释对称加密与公钥加密的区别、哈希的工作原理，以及 passtsuku.com 生成的密码的密码学强度。

什么是加密？

加密是使用特定算法和密钥将原始数据（明文）转换为无法理解的数据（密文）的过程。只有拥有正确密钥的接收者才能将密文解密为明文，因此即使数据在通信路径上被第三方截获，内容也无法被读取。HTTPS 通信、电子邮件加密、文件保护等日常场景中都使用了加密技术。

加密的强度取决于所使用的算法类型和密钥长度。密钥越长，通过暴力破解找到正确密钥所需的计算量呈指数级增长，破解就越困难。例如，AES-128 的密钥空间为 2 的 128 次方（约 3.4 × 10 的 38 次方）种可能，即使每秒尝试 10 亿个密钥，完全搜索也需要约 10 的 21 次方年。当前标准加密算法推荐使用 128 位以上的密钥长度。

对称加密与公钥加密

对称密钥加密

对称密钥加密使用相同的密钥进行加密和解密。代表性算法是 AES（高级加密标准），由于其高速处理能力，被广泛用于大量数据的加密场景。AES-256 每秒可加密数 GB 的数据，也被用于文件加密和全盘加密（BitLocker、FileVault）。

对称密钥加密的挑战是"密钥分发问题"。由于发送方和接收方必须共享相同的密钥，因此需要一种安全地将密钥传递给对方的方法。公钥加密就是为了解决这个问题而发明的。一个常见的误解是"对称密钥加密是安全性低的旧技术"，但 AES 至今仍是使用最广泛的加密算法，只要密钥管理得当，就具有极高的安全性。

要系统地学习加密算法的原理，密码学入门书籍 (Amazon)可以作为参考。

公钥加密（非对称加密）

公钥加密使用一对密钥：用于加密的"公钥"和用于解密的"私钥"。公钥可以向任何人公开，而私钥仅由所有者持有。RSA 和椭圆曲线密码 (ECC) 是代表性算法。RSA-2048 的安全性被认为在 2030 年左右之前是足够的，但如果需要更长期的安全性，建议使用 RSA-4096 或 ECC (256 位以上)。这项技术构成了 PKI (公钥基础设施) 的基础，适当的密钥管理对于维护安全至关重要。

在 HTTPS 通信中，采用混合方式：首先使用公钥加密安全地交换共享密钥，然后使用快速的对称密钥加密进行后续通信。这种机制在解决密钥分发问题的同时实现了高速加密通信。需要注意的是，公钥加密比对称密钥加密慢 100 到 1000 倍，因此通常不直接用于加密大量数据，而是限于密钥交换和数字签名。

加密方式比较

在实际的 HTTPS 通信中，采用混合方式：使用公钥加密安全地交换共享密钥，然后使用快速的对称密钥加密进行后续通信。通过结合两者的优势，同时实现了安全性和速度。

到底该怎么做？

您不需要理解加密技术的细节，但日常应该实践的要点是明确的。初学者应养成仅在 HTTPS 网站上输入密码的习惯，并使用 passtsuku.com 生成 16 个字符以上的随机密码。中级用户应启用磁盘加密（BitLocker / FileVault），并使用密码管理器为每个服务管理唯一的密码。加密不是"设置好就完事了"，只有与强密码结合使用才能发挥真正的价值。

哈希与密码保护

与加密不同，哈希是一种单向转换。 可以从原始数据计算出哈希值，但无法从哈希值恢复原始数据。 利用这一特性，服务端以哈希形式存储密码。登录时，将输入的密码进行哈希处理， 并与存储的哈希值进行比较来完成认证。

目前推荐的密码哈希算法是 bcrypt、scrypt 和 Argon2。这些算法被有意设计为高计算成本，大幅降低攻击者通过暴力破解猜测密码的速度。例如，bcrypt（成本因子 12）每次哈希计算约需 250 毫秒，即使使用 GPU 也只能每秒尝试数千次。相比之下，SHA-256 等通用哈希函数每秒可进行数十亿次计算，不适合用于密码哈希。

盐值与胡椒值

在哈希处理时，通过向密码添加称为"盐值"的随机字符串， 即使是相同的密码也会生成不同的哈希值。这使得使用预先计算的哈希值表（彩虹表）的攻击失效。 此外，添加称为"胡椒值"的服务器端秘密值，即使数据库泄露也能使密码破解变得困难。 如果不使用盐值，使用相同密码的所有用户将拥有相同的哈希值， 只需破解一个密码就会危及所有使用该密码的账户。

passtsuku.com 生成密码的密码学强度

passtsuku.com 使用 Web Crypto API 的 crypto.getRandomValues() 生成密码。该 API 基于密码学安全的伪随机数生成器 (CSPRNG)，生成的密码没有统计偏差。由于 CSPRNG 从操作系统的熵池获取种子，因此与 Math.random() 等可预测的伪随机数有本质区别。

密码强度通过熵（比特数）来衡量。例如，使用大写字母、小写字母、数字和符号 4 种字符（约 95 个字符）的 16 位密码，通过 log2(95^16) 计算约有 105 比特的熵。即使使用当前的超级计算机（每秒 10^18 次运算），完全搜索也需要约 10^13 年。而仅使用小写字母的 8 位密码只有约 38 比特，可能在几小时内被破解。

要深入理解密码熵和密码学强度，密码强度与密码学理论专业书籍 (Amazon)是实用的参考资料。

日常使用加密的要点

要最大限度地享受加密技术的好处，一些实践习惯很重要。首先，只在启用了 HTTPS 的网站上输入密码。在 HTTP 网站上，通信未加密，密码以明文发送。截至 2024 年，约 95% 的网络流量已 HTTPS 化，但剩余的 5% 仍然存在风险。

接下来，请使用 passtsuku.com 生成的足够长的随机密码。使用密码学安全随机数生成的 16 个字符以上的密码， 即使在哈希状态下也对暴力攻击具有极高的抵抗力。为每个服务设置不同的密码并使用密码管理器管理， 即使一个服务被入侵也能防止对其他账户的影响。关于密码熵与强度的关系， 请参阅密码熵的文章。要了解随机数质量如何影响密码安全，请参阅随机数质量的文章。浏览网页时，SSL/TLS 加密保护传输中的数据，使用 VPN 可以增加额外的加密层。

对于存储在设备上的数据，启用磁盘加密（Windows 的 BitLocker、macOS 的 FileVault、智能手机的设备加密）可以在设备丢失或被盗时保护数据。加密不是"设置好就完事了"的技术，只有与强密码结合使用才能发挥真正的价值。请注意，如果磁盘加密的密码很弱，加密本身就毫无意义。

加密技术直接保护资产的典型例子是加密货币钱包的安全，详情请参阅加密货币钱包安全。

现在就能做的事

1. 使用 passtsuku.com 生成 16 个字符以上的随机密码，并设置为主要邮箱账户的密码（在强度计上确认达到 100 比特以上）
2. 启用 PC 的磁盘加密（Windows: BitLocker、macOS: FileVault、智能手机: 设备加密）
3. 养成在浏览器地址栏确认 HTTPS（锁图标）的习惯，不在 HTTP 网站上输入密码
4. 在密码熵的文章中确认密码熵与强度的关系，重新审视自己密码的强度

常见问题

对称加密和非对称加密有什么区别？

对称加密使用同一密钥进行加密和解密，速度快但密钥传递是难题。非对称加密使用不同密钥，密钥分发安全但处理较慢。实际通信中主流是两者结合的混合方式。

AES-256 是什么？安全吗？

AES-256 是具有 256 位密钥长度的对称加密标准，是目前最广泛使用的加密标准。美国政府也用它保护机密信息，目前没有已知的实用解密方法。

密码加密和哈希有什么区别？

加密是可逆的，可以用密钥恢复原始数据。哈希是单向转换，无法还原。密码存储应使用哈希 (bcrypt 或 Argon2)，不推荐使用加密。