密码学

这一课你将能做到

1. 说清对称加密、非对称加密、哈希各自解决什么问题，并能判断一个场景该用哪个
2. 在 Spring Boot 中用 BCrypt 安全地存储用户密码，说清为什么不能 MD5/SHA-256 裸存
3. 用 Java 标准库完成 AES 加密解密、RSA 签名验签、SHA-256 摘要，并理解密钥生命周期管理

为什么要学

密码学不是数学游戏，是后端工程师的日常：用户密码怎么存？JWT 怎么签名？HTTPS 证书凭什么可信？数据库里的手机号要不要加密？答错任何一题，就是一次数据泄露事故。

人话：对称加密是「同一把钥匙开锁和上锁」——快，但钥匙怎么给对方是个问题；非对称是「信箱」——公钥是投信口人人可用，私钥是开箱钥匙只有你有，慢但解决了分发问题；哈希是「指纹」——不可逆，用来校验「东西没被动过」。

先建立图像

三种原语的分工：

┌────────────┬──────────────┬────────────┬─────────────────┐
│            │ 可逆?        │ 密钥       │ 本站用途        │
├────────────┼──────────────┼────────────┼─────────────────┤
│ 对称 AES    │ 可逆         │ 一把密钥    │ 敏感字段加密存储 │
│ 非对称 RSA  │ 可逆         │ 公钥+私钥   │ JWT 签名、密钥交换│
│ 哈希 SHA    │ 不可逆       │ 无         │ 文件完整性校验   │
│ 密码哈希    │ 不可逆(慢)   │ 盐+cost    │ 用户密码存储     │
│ BCrypt     │              │            │                 │
└────────────┴──────────────┴────────────┴─────────────────┘

一次登录的密码学全景：

用户输入密码
   │
   ├─ HTTPS (TLS: RSA/ECDHE 协商出 AES 会话密钥) ──→ 服务器
   │
   └─ 服务器: BCrypt.matches(输入, 数据库存的哈希)
              │ 不存明文，不存可逆加密
              ▼
         登录成功 → 签发 JWT (用 RSA 私钥签名)
                    客户端后续请求带 JWT
                    服务器用公钥验签

跟着做

步骤 1：用户密码用 BCrypt 存（本站做法）

Spring Security 内置支持，先加依赖（spring-boot-starter-security 自带 crypto）：

import org.springframework.security.crypto.bcrypt.BCryptPasswordEncoder;

public class PasswordService {
    // strength=12 表示 2^12 次迭代，单次哈希约 200ms+
    private final BCryptPasswordEncoder encoder = new BCryptPasswordEncoder(12);

    public String hash(String rawPassword) {
        // 自动生成随机盐，输出形如 $2a$12$N9qo8uLOickgx2ZMRZoMye...
        return encoder.encode(rawPassword);
    }

    public boolean verify(String rawPassword, String storedHash) {
        return encoder.matches(rawPassword, storedHash);
    }
}

关键点：永远不要自己实现「SHA-256(密码+盐)」。BCrypt 的慢是特性——攻击者拿到数据库后，暴力破解每个密码要算 2^12 次，而 MD5 一秒能试几十亿个。

步骤 2：AES 加密敏感字段（如手机号）

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.GCMParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.security.SecureRandom;
import java.util.Base64;

public class AesGcmService {
    private static final int IV_LEN = 12;   // GCM 推荐 96 位 IV
    private final SecretKeySpec key;

    public AesGcmService(byte[] keyBytes) {  // 32 字节 = AES-256
        this.key = new SecretKeySpec(keyBytes, "AES");
    }

    public String encrypt(String plaintext) throws Exception {
        byte[] iv = new byte[IV_LEN];
        new SecureRandom().nextBytes(iv);    // 每次随机 IV，禁止复用
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, new GCMParameterSpec(128, iv));
        byte[] ct = cipher.doFinal(plaintext.getBytes("UTF-8"));
        // 存储格式: base64(iv) + ":" + base64(密文含认证标签)
        return Base64.getEncoder().encodeToString(iv) + ":"
             + Base64.getEncoder().encodeToString(ct);
    }

    public String decrypt(String stored) throws Exception {
        String[] parts = stored.split(":");
        byte[] iv = Base64.getDecoder().decode(parts[0]);
        byte[] ct = Base64.getDecoder().decode(parts[1]);
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, new GCMParameterSpec(128, iv));
        return new String(cipher.doFinal(ct), "UTF-8");
    }
}