# 非对称（PKC）与对称（SBK）加密算法全指南

PKC与对称加密算法解析

原创于 2025-12-10 21:02:10 发布 · 1k 阅读

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#人工智能 #YOLO #java #单片机 #嵌入式硬件

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非对称（PKC）与对称（SBK）加密算法全指南

在现代计算系统（尤其是嵌入式设备、移动设备、安全启动场景）中，加密算法的核心作用可以总结为两类：

① 真实性与完整性 —— 通过非对称密码（PKC）实现签名与验证
② 机密性 —— 通过对称加密（SBK）保护数据不被读取

这两类算法不是竞争关系，而是互补关系。很多系统（包括 NVIDIA Jetson、Android Verified Boot、Linux 内核模块签名、TLS 协议等）都同时使用 PKC + 对称密钥来实现完整的安全体系。

本文将用系统化、逻辑清晰的方式，从算法本质讲起，再通过示例、流程图、表格等方式解释它们的用途与差异，帮助你从根本上掌握两类加密算法的核心价值。

在这里插入图片描述

1. 密码学的两大支柱：PKC 与对称加密

几乎所有现代加密系统，都可以用一个极简的逻辑图表示：

         ┌─────────────────────────┐
         │   非对称密码（PKC）      │
         │   Signature  Sign/Verify │
         │   用于验证“是否被篡改？” │
         └─────────────────────────┘
                         │
                         ▼
         ┌─────────────────────────┐
         │   对称加密（SBK）        │
         │   Encryption/Decryption  │
         │   用于保护“是否会被读到？”│
         └─────────────────────────┘

PKC 解决 完整性 & 身份真实性（数据没有被改、来自可信方）。
SBK 解决 机密性（数据不能被别人看到）。

两类算法分别解决不同的安全目标，因此在 Secure Boot、磁盘加密、通信安全中一起出现十分正常。

2. 非对称密码（PKC）

PKC = Public Key Cryptography，即“公钥密码学”。它最大的特点是：

两把不同的钥匙：公钥 & 私钥

一个负责签名（或解密），另一个负责验证（或加密）。

以下是最常见 PKC 算法：

算法	类型	特点	典型用途
RSA	非对称	成熟稳定、密钥大、速度较慢	数字签名、密钥交换、证书体系
ECDSA	非对称（椭圆曲线）	密钥短、速度快、非常适合嵌入式设备	Secure Boot、内核模块签名
Ed25519	新型椭圆曲线	高速、高安全性、实现简单	应用签名、SSH

在 Secure Boot 体系中（例如 Jetson、Android Verified Boot、UEFI Secure Boot）：

PKC 负责“签名 → 验证”，确保执行的镜像一定来自可信方。

2.1 PKC 的核心能力：数字签名

数字签名回答的问题只有一个：

“这份数据有没有被篡改？是不是真的是某人发的？”

数字签名不是“加密”，因为签名后的数据一般仍然可以被任何人读取，它的作用是：

确保数据的 完整性（内容没有被修改）
确保数据的 来源可信（确实是某个私钥持有者签的）

接下来用一个具体示例讲解整个流程。

2.1.1 PKC 签名验证流程（示例）

假设你要给一个镜像 bootloader.bin 签名。

流程图（简化版）

私钥持有者（厂家）                         公钥持有者（设备）
──────────────────────────────────────────────────────
        │                                           │
        │ 1. 对镜像做哈希（SHA256）                 │
        │ hash = SHA256(image)                      │
        │                                           │
        │ 2. 使用私钥对 hash 做签名                  │
        │ signature = Sign(hash, PrivateKey)        │
        │                                           │
        ├── 将 image + signature 发送给设备 ────────▶│
                                                    │
                                                    │ 3. 设备计算同样的 hash
                                                    │ hash2 = SHA256(received_image)
                                                    │
                                                    │ 4. 使用公钥验证签名
                                                    │ Verify(signature, hash2, PublicKey)
                                                    │
                                                    │ 如果验证成功 → 镜像可信
                                                    │ 如果失败 → 镜像被篡改 or 来源不可信

示例（伪代码）

# 厂家端（用于签名）
image = load("bootloader.bin")
h = sha256(image)
signature = sign_with_private_key(h, privkey)
bundle = image + signature

# 设备端（用于验证）
image, signature = extract(bundle)
h1 = sha256(image)
t = verify_with_public_key(signature, h1, pubkey)
if t:
    print("OK: image is trusted")
else:
    print("ERROR: tampered or invalid signature")

至此你可以看到：

PKC 并不加密镜像内容，它只是保证镜像没有被篡改且来源可信。

2.2 PKC 典型应用

场景	为什么必须使用 PKC？
Secure Boot	必须保证 bootloader 未被篡改，否则攻击者可替换恶意镜像
OTA 升级包签名	防止中间人攻击替换升级包
Linux 内核模块签名	防止加载恶意模块
TLS、HTTPS	验证服务器身份
软件分发（APK、deb、rpm）	确保软件包来自官方

一句话总结：

PKC 负责“不允许别人改”。

3. 对称加密（SBK）

对称加密（Symmetric Encryption）指的是 同一把密钥用于加密/解密：

加密：ciphertext = Encrypt(plaintext, Key)
解密：plaintext = Decrypt(ciphertext, Key)

你可以看到，对称加密不像 PKC 那样使用两把钥匙，而是：

一把密钥决定一切。泄露 = 全盘泄露。

在嵌入式系统中，常见对称算法包括：

算法	类型	用途
AES-128/256	分组加密	最常用的块加密算法，广泛用于 SBK
ChaCha20	流加密	移动设备、TLS 中常用
GCM 模式	AEAD 加密	同时保证加密与完整性

3.1 SBK 的安全目标

SBK 解决的问题与 PKC 完全不同，它回答的是：

“别人能不能看到内容？”

对称加密的核心价值：

保护机密性（Confidentiality）
防止逆向工程与敏感数据泄露
阻止固件被攻击者直接分析

在安全启动体系中：

SBK 负责对镜像进行加密，防止攻击者读取其中的内容（如关键算法、AI 模型、商业逻辑）。

3.2 SBK 对称加密流程（示例）

假设有一个关键二进制文件：

initrd.img

厂家使用 SBK 对其加密：

cipher = AES_Encrypt(initrd_img, SBK)

设备启动时，BootROM 或 Bootloader 持有同一把密钥 SBK，可以解密：

initrd = AES_Decrypt(cipher, SBK)

流程图

        厂家端                                   设备端
────────────────────────────────────────────────────────────
        │                                           │
        │ plaintext = initrd.img                    │
        │                                           │
        │ 1. 使用 SBK 加密                          │
        │ ciphertext = AES128(plaintext, SBK)       │
        │                                           │
        ├── 将 ciphertext 烧录到设备 ─────────────▶│
                                                    │
                                                    │ 2. 设备读取密文
                                                    │ plaintext = AES128_Decrypt(ciphertext, SBK)
                                                    │
                                                    │ plaintext 才能被执行

3.3 示例（伪代码）

# 加密
from Crypto.Cipher import AES
cipher = AES.new(SBK, AES.MODE_CBC, iv)
encrypted = cipher.encrypt(pad(data))

# 解密
cipher = AES.new(SBK, AES.MODE_CBC, iv)
decrypted = unpad(cipher.decrypt(encrypted))

SBK 非常简单，但安全性高度依赖：

密钥是否泄露？
密钥是否存放在硬件安全区域？（如 eFuse、TrustZone、TEE）
是否使用安全的模式（如 GCM 而不是 ECB）

一句话总结：

SBK 负责“不允许别人看”。

4. PKC vs SBK：对比总结

项目	PKC（非对称）	SBK（对称）
目标	完整性、身份认证	机密性
密钥数量	一对公钥/私钥	一把密钥
密钥泄露影响	私钥泄露非常严重；公钥泄露无影响	密钥泄露 = 全部内容可被解密
速度	较慢	很快（适合大文件）
常见用途	Secure Boot、签名、证书	固件加密、数据保护
是否可逆	签名不可逆，验证可行	加密可逆（解密）

一个系统中通常两者同时出现：

PKC 确保镜像不能被改
SBK 确保镜像不能被读

5. PKC + SBK 在实际系统中的组合应用

以 Secure Boot 为例，一个完整的启动过程通常包含两个步骤：

① 使用 PKC 验证是否被篡改

Bootloader 是否来自厂家
Kernel 是否来自厂家
Rootfs 是否来自厂家

攻击者无法修改内容，否则签名验证失败。

② 使用 SBK 加密关键镜像（可选）

防止攻击者 dump 出 AI 模型
防止分析 bootloader 内部逻辑
防止商业逻辑泄露

攻击者即使得到固件，也无法解密。

6. 实战视角：如何选择 PKC 或 SBK？

场景	使用 PKC？	使用 SBK？	原因
Secure Boot	✔ 必须	可选	必须验证完整性
OTA 升级包	✔ 必须	可选	必须防篡改
AI 模型保护	可选	✔ 强烈推荐	防止被复制
商业逻辑/算法保护	可选	✔ 强烈推荐	防止逆向工程
文件系统保护	可选	✔	防止数据泄露

一句话总结：

PKC：不让别人改
SBK：不让别人看

7. 整体总结（一页 PPT 可用）

               ┌────────────────────┐
               │ 非对称密码 (PKC)     │
               │ - 公钥/私钥         │
               │ - 签名验证          │
               │ - 防篡改、防伪造     │
               └────────────────────┘
                           │
                           ▼
               ┌────────────────────┐
               │ 对称加密 (SBK)       │
               │ - 单一密钥          │
               │ - 加密/解密         │
               │ - 防读取、防逆向     │
               └────────────────────┘

PKC 用于验证完整性（是否被改）
SBK 用于保护机密性（是否被读）