06-数据安全与加密

数据安全与加密

原理

加密基本原则：不发明加密算法。使用经过审计的库（ring、aes-gcm、chacha20poly1305）。

对称加密：AES-256-GCM（带认证的加密）同时提供机密性和完整性。Nonce（一次性数字）必须是唯一但不能是秘密的。ChaCha20-Poly1305 适用于无 AES-NI 指令集的平台。

非对称加密：X25519 密钥交换 + Ed25519 数字签名。Curve25519 系列因其安全性、性能和简单性优于传统的 RSA 和 ECDSA。

密钥管理：使用 zeroize crate 确保密钥在不再需要时从内存中安全擦除（避免被 swap 或核心转储泄漏）。硬件安全模块（HSM）和 TPM 提供硬件级密钥保护。

哈希函数：SHA-256 用于一般哈希，Argon2id 用于密码存储（抵抗 ASIC/GPU 暴力破解）。

安全: 密码攻击
安全: 侧信道攻击

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语法

use aes_gcm::{Aes256Gcm, Nonce, KeyInit};
use aes_gcm::aead::{Aead, OsRng};
use zeroize::Zeroize;
 
// AES-256-GCM 加密
fn encrypt(key: &[u8; 32], plaintext: &[u8]) -> Vec<u8> {
    let cipher = Aes256Gcm::new_from_slice(key).unwrap();
    let nonce = Aes256Gcm::generate_nonce(&mut OsRng);
    let ciphertext = cipher.encrypt(&nonce, plaintext).unwrap();
    [nonce.as_slice(), &ciphertext].concat()
}
 
// 密钥安全擦除
let mut key = [0u8; 32];
// ... 生成密钥 ...
key.zeroize();  // 覆盖为全零

// Argon2id 密码哈希
use argon2::Argon2;
use password_hash::{SaltString, PasswordHasher, rand_core::OsRng};
 
fn hash_password(password: &[u8]) -> String {
    let salt = SaltString::generate(&mut OsRng);
    Argon2::default().hash_password(password, &salt).unwrap().to_string()
}

加密算法速查

用途	算法	安全级别
对称加密	AES-256-GCM	高（128-bit security）
对称加密（嵌入式）	ChaCha20-Poly1305	高
密钥交换	X25519	高
数字签名	Ed25519	高
密码哈希	Argon2id	高
通用哈希	SHA-256	中等

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实践

AI 自检

1. AES-GCM 的 nonce 为什么必须唯一？nonce 重用导致什么安全后果？
2. zeroize 如何在 LLVM 优化下保证内存覆盖不被优化掉？