现代密码学是一个多层次、多技术的生态系统，旨在解决四大核心安全问题：机密性、完整性、真实性和不可否认性。
加密技术是现代信息安全的基石，主要分为三大类：对称加密、非对称加密 和 哈希函数。
一、对称加密
核心目标：保障机密性。
核心原理：加密和解密使用同一把密钥。发送方用密钥和算法将明文转为密文，接收方用同一把密钥和逆算法将密文还原为明文。其安全性完全依赖于密钥的保密性。
关键技术概念：
工作模式：如何用分组密码加密长消息。如ECB（不安全）、CBC、CTR、GCM等。
初始化向量：一个随机数，用于确保加密相同明文时产生不同的密文，提升安全性。
认证加密：同时提供机密性和完整性的模式，如GCM。是现代应用的标配。
主要算法：
AES
地位：全球最通用的对称加密标准，由NIST颁布，用于替代老旧的DES。
密钥长度：128位、192位、256位。
原理：基于置换-置换网络结构。对数据块进行多轮（10/12/14轮）的字节替换、行移位、列混淆和轮密钥加操作，使得密文与明文和密钥之间的关系变得极其复杂，实现混淆和扩散。
SM4
地位：中国国家标准（GB/T 32907-2016）的商业密码算法。
密钥/分组长度：128位。
轮数：32轮。
原理：采用非平衡Feistel结构。轮函数包含非线性变换和线性变换，操作单位32位，非常适合软件和硬件实现。其安全强度和性能与AES-128相当。
ChaCha20
地位：由Google推广的流密码，常用于移动设备和Web（TLS）。
密钥长度：256位。
原理：通过20轮（每轮4次QR操作）的加法、XOR和循环移位，从一个密钥和随机数生成密钥流，再与明文进行XOR得到密文。通常与Poly1305认证器搭配使用（ChaCha20-Poly1305），提供认证加密。
二、非对称加密
核心目标：解决密钥分发问题，实现身份认证和数字签名。
核心原理：使用一对数学上相关的密钥对（公钥和私钥）。用公钥加密的数据，只能由对应的私钥解密；用私钥签名的数据，可以用对应的公钥验证其真实性。
核心数学难题：其安全性建立在已知的数学计算难题上，如大整数分解问题、离散对数问题、椭圆曲线离散对数问题。
主要算法：
RSA
原理：基于大整数质因数分解的难度。公钥和私钥由一对大质数
(p, q)及其衍生数(n, e, d)构成。从公钥n反推私钥p和q在计算上不可行。用途：可用于加密和数字签名。但加密速度慢，通常仅用于加密对称密钥。
ECC & ECDSA
原理：基于椭圆曲线离散对数问题的难度。在椭圆曲线构成的数学群中，已知起点
G和终点K，求倍数k使得K = k * G是极其困难的。优势：提供相同安全等级下，密钥长度远小于RSA（256位ECC ≈ 3072位RSA），计算速度快，带宽要求低。
用途：密钥交换（ECDH）和数字签名（ECDSA）。
SM2
地位：中国国家标准（GB/T 32918-2016）的基于椭圆曲线的公钥密码算法。
原理：同样基于椭圆曲线离散对数问题，但采用了中国设计的特定椭圆曲线参数。
组成：是一个算法套件，包含数字签名、密钥交换和公钥加密方案。
优势：与ECDSA相比，在设计和实现上可能有不同的安全考量，并已纳入国际标准ISO/IEC 14888-3。
三、密码散列函数
核心目标：保障完整性，为数据生成独一无二的“数字指纹”。
核心原理：将任意长度的输入信息，通过压缩计算，变换成固定长度的输出（哈希值）。这是一个单向过程，无法从哈希值反推原始数据。
关键特性：确定性、抗碰撞性、雪崩效应。
主要算法：
SHA-256
地位：SHA-2家族中最常用的算法，是比特币和许多互联网协议的基础。
输出长度：256位。
原理：采用Merkle–Damgård结构。消息被填充分块后，每个块与当前的中间哈希值一起，通过一个包含64轮位运算的压缩函数进行迭代处理。
SM3
地位：中国国家标准（GB/T 32905-2016）的密码杂凑算法。
输出长度：256位。
原理：结构与SHA-256类似，也采用Merkle–Damgård结构，但压缩函数的设计不同（包含64轮步骤，每轮使用不同的布尔函数和常量）。其安全强度与SHA-256相当。
用途：常用于SM2数字签名算法中生成消息摘要。
四、密钥交换协议
核心目标：让通信双方在一个不安全的信道上，安全地协商出一把共享的对称密钥。
主要协议：
Diffie-Hellman
原理（经典DH）：基于离散对数问题。双方交换由公开参数和各自私密指数计算出的结果，并利用对方的公开结果和自身的私密指数，独立计算出相同的共享密钥。
原理（ECDH）：基于椭圆曲线离散对数问题的DH版本。是当前的主流选择，效率更高。
完美前向保密：如果每次会话都使用临时的密钥对进行ECDH交换，则即使服务器长期私钥未来泄露，过去的会话密钥也不会被破解。这是现代安全通信（如TLS）的最佳实践。
SM2密钥交换协议
原理：作为SM2算法套件的一部分，它定义了基于椭圆曲线的密钥交换流程，包含了身份信息等字段，可防止中间人攻击等。
五、综合应用：以HTTPS为例
现代安全协议（如TLS）是上述所有技术的集大成者。一次HTTPS连接建立过程如下：
Client Hello：客户端（浏览器）向服务器发送支持的密码套件列表（包含对称加密、非对称加密、哈希算法组合，如
TLS_ECDHE_ECDSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256）。Server Hello & Certificate：服务器选择一套算法，并将其SSL证书（包含SM2或RSA公钥）发送给客户端。
密钥交换：双方使用ECDHE（或SM2密钥交换）协议，交换临时公钥，并计算出只有双方知道的预备主密钥。此步骤提供了完美前向保密。
密钥派生：双方使用预备主密钥和握手过程中所有消息的哈希（使用SHA256或SM3），派生出后续通信使用的对称会话密钥。
加密通信：后续所有的应用数据都使用协商好的对称算法（如AES-128-GCM或SM4）和会话密钥进行加密和认证。
总结与对比
如何选择：
国际通用场景：通常采用
AES+ECDHE/RSA+SHA256的组合。中国合规场景：需采用
SM4+SM2+SM3的国密套件，以满足国家密码管理局的要求，广泛应用于政务、金融、医疗等领域。
未来挑战：量子计算对当前主流的RSA和ECC算法构成潜在威胁，后量子密码学正在积极研究中，未来可能会出现新的国密和国际标准来应对这一挑战。