🧰 密码学工具箱

🔒 TLS — 互联网安全的基石

TLS (Transport Layer Security) 保护着互联网上绝大多数通信。TLS 1.3 于 2018 年发布，大幅简化了握手过程并移除了不安全的密码套件。

TLS 1.3 握手流程

Client                                          Server
  |--- ClientHello (支持的组+签名+密钥分享) ---->|
  |<-- ServerHello (选定的组+签名+密钥分享) -----|
  |<-- {EncryptedExtensions} --------------------|
  |<-- {Certificate} ---------------------------|
  |<-- {CertificateVerify} ---------------------|
  |<-- {Finished} ------------------------------|
  |--- {Finished} ----------------------------->|
  
// TLS 1.3 优化点：
// 1. 1-RTT握手（TLS 1.2需要2-RTT）
// 2. 0-RTT恢复（PSK模式）
// 3. 移除RSA密钥交换（仅ECDHE）
// 4. 移除CBC模式密码套件（仅AEAD）
// 5. 握手加密（ServerHello后全部加密）

TLS 配置最佳实践 (2024)

📚 密码学库选型

Python密码学生态

🔢 哈希函数与MAC

哈希函数选型

密码哈希函数（慢哈希）

用于存储用户密码，刻意设计为计算缓慢，增加暴力破解成本：

// Argon2id 推荐参数 (OWASP 2024)
// 时间成本 t = 3 (迭代次数)
// 内存成本 m = 64 MB (65536 KiB)
// 并行度 p = 4
// 输出长度 = 32 bytes

from argon2 import PasswordHasher
ph = PasswordHasher(time_cost=3, memory_cost=65536, parallelism=4)
hash = ph.hash("mypassword")        # $argon2id$v=19$m=65536,t=3,p=4$...
ph.verify(hash, "mypassword")       # True

🔑 密钥派生函数 (KDF)

KDF将一个秘密输入（如密码、共享密钥）转换为密码学安全的密钥。与密码哈希不同，KDF需要输出指定长度的密钥。

常用KDF

// HKDF 使用示例
from cryptography.hazmat.primitives.kdf.hkdf import HKDF
from cryptography.hazmat.primitives import hashes

hkdf = HKDF(
    algorithm=hashes.SHA256(),
    length=32,           # 输出密钥长度
    salt=salt_bytes,     # 随机salt（非秘密但应随机）
    info=b"encryption",  # 上下文信息
)
key = hkdf.derive(shared_secret)

🔮 后量子密码 (PQC)

量子计算机威胁当前的RSA和ECC。NIST后量子密码标准化于2024年完成，三个算法正式发布为FIPS标准：

迁移策略

• 混合模式：同时使用经典和PQC算法（如 X25519 + ML-KEM-768），任一未被攻破即安全。Chrome、Signal、Apple已部署
• 仅PQC模式：完全使用PQC算法，密钥和签名更大，性能稍差。适用于新系统
• 证书层次：根证书使用SLH-DSA（长期安全），中间证书使用ML-DSA（较小体积）

// 使用 liboqs 进行 PQC 密钥交换
#include 

// 生成 ML-KEM-768 密钥对
OQS_KEM *kem = OQS_KEM_new("ML-KEM-768");
uint8_t public_key[OQS_KEM_ml_kem_768_length_public_key];
uint8_t secret_key[OQS_KEM_ml_kem_768_length_secret_key];
OQS_KEM_keypair(kem, public_key, secret_key);

// 封装（对方执行）
uint8_t ciphertext[OQS_KEM_ml_kem_768_length_ciphertext];
uint8_t shared_secret[OQS_KEM_ml_kem_768_length_shared_secret];
OQS_KEM_encaps(kem, ciphertext, shared_secret, public_key);

// 解封
uint8_t shared_secret_d[OQS_KEM_ml_kem_768_length_shared_secret];
OQS_KEM_decaps(kem, shared_secret_d, ciphertext, secret_key);
// shared_secret == shared_secret_d ✅

🔍 安全审计工具

📋 密码学速查表

常见错误 & 正确做法