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• 所属概念: 密码学
• AES: AES
• AEAD: AEAD
• HMAC: HMAC
• KDF: KDF
• 历史算法: DES, 3DES
• 非对称密码: 非对称密码学

对称密码学（Symmetric Cryptography）

一句话定义

对称密码学的共同点是：

通信双方依赖同一个 secret key，或从同一 root secret 派生出相关用途 key。

但“对称密码学”不等于只有“加密/解密同一个 key”。

它包含多种 primitive：

• block cipher；
• stream cipher；
• MAC；
• AEAD；
• KDF / PRF construction。

Block Cipher

典型代表：

• AES；
• DES / 3DES（历史）。

Block cipher 对固定大小 block 做可逆变换。

例如 AES：

128-bit plaintext block + key
→ 128-bit ciphertext block

但 block cipher 本体并不能直接安全处理任意长度消息。

还需要 mode / AEAD。

Stream Cipher

Stream cipher 生成 keystream，与 plaintext 组合得到 ciphertext。

代表思路：

• ChaCha20 等。

Stream cipher 同样必须严格管理 nonce / counter。

keystream reuse 可能直接泄漏 plaintext 关系。

AEAD

现代消息保护优先考虑 authenticated encryption。

AEAD 同时提供：

• confidentiality；
• integrity/authenticity；
• AAD authentication。

例如：

• AES-GCM；
• ChaCha20-Poly1305。

因此：

“用了 AES”远远不如“用了正确 nonce 管理的 AES-GCM”信息完整。

详见 AEAD。

MAC

如果只需要 message authentication，而不需要 confidentiality，可以使用 MAC。

HMAC 是典型方案：

message + shared secret
→ authentication tag

它和 encryption 是不同 primitive。

详见 HMAC。

Key Distribution

对称密码最大的系统性挑战之一不是算法速度，而是：

双方怎样安全获得 shared secret？

常见做法：

• 预共享 key；
• public-key key agreement；
• KMS；
• password KDF；
• device provisioning。

这也是为什么现代协议会组合公钥密码与对称密码。

Hybrid Cryptography

典型 TLS：

certificate/signature
→ authenticate peer

ECDHE
→ establish shared secret

HKDF
→ derive traffic keys

AEAD
→ protect bulk data

因此：

public-key crypto 解决身份/密钥建立，对称密码负责高效数据保护。

Key Separation

一个 shared secret 不应该随意同时承担所有用途。

推荐：

root secret
→ KDF(context A) → encryption key
→ KDF(context B) → authentication key

这样即使一个用途暴露，也更不容易破坏其他用途。

Nonce / IV

Nonce/IV 是否需要：

• random；
• unique；
• unpredictable；

取决于具体 algorithm / mode。

不能形成统一口号。

例如 GCM 最关键是：

同一个 key 下 nonce 不应重复。

而某些 CBC 场景要求 IV 不可预测。

所以 nonce policy 必须跟具体 primitive 绑定。

Padding

Block cipher mode 如果不能自然处理任意长度 plaintext，可能需要 padding。

例如 CBC 常见 PKCS#7。

Padding 处理错误可能引入 oracle attack。

AEAD mode 如 GCM 不需要这种 block padding。

对称密码不等于“弱于非对称密码”

不存在这种统一排名。

对称密码：

• key 短；
• 性能高；
• 适合 bulk data。

非对称密码：

• 支持 public/private trust model；
• 更适合 signature / key agreement；
• 计算通常更昂贵。

现代系统通常组合，而不是二选一。

Key Management

真实安全性依赖：

• secure random key generation；
• storage；
• rotation；
• access control；
• backup/recovery；
• destruction；
• versioning。

硬编码的 AES-256 key 仍然是不安全设计。

历史算法

DES：

• 56-bit effective key；
• 已不适合现代安全保护。

3DES/TDEA：

• 64-bit block；
• NIST 已不允许用于新的 encryption protection。

学习它们主要用于理解历史体系。

学习检查

1. 对称密码学为什么不等于“只有 encryption”？
2. block cipher 与 AEAD 的层次差异是什么？
3. 为什么 key distribution 是对称密码系统的核心问题？
4. AEAD 与 HMAC 分别解决什么目标？
5. nonce/IV 为什么不能用一个统一规则概括所有算法？
6. key separation 为什么要通过 KDF 完成？
7. TLS 为什么会同时使用公钥密码与对称密码？
8. “AES-256 所以一定安全”遗漏了哪些系统边界？