‌加密 vs 电子签名：公钥私钥的奇妙冒险

一、轻松的解释下什么是加密，什么是签名

1. 加密（Encryption）——锁住秘密的魔法箱‌

‌场景‌： 你想偷偷给朋友发情书，但怕被隔壁老王偷看。
‌操作‌：
‌你要做的：用朋友的‌公钥‌（像一把公开的带锁的）把情书锁进箱子📦。其实这就是加密，是将明文转换为密文的过程，目的是‌保护数据的机密性‌，防止未授权方读取敏感信息。
‌朋友要做的：用TA的‌私钥‌（唯一钥匙）开箱读信🔑。其实就是解密，是使用自己的私钥‌解密数据还原明文。
‌关键点‌：公钥加密的数据，只有对应私钥能解开（注意这个只有，也就是唯一的意思哦），确保‌只有目标人能看‌！

2. 签名（Signature）——防伪认证的盖章术‌

‌场景‌： 你网上卖签名照，粉丝怕买到假货。
‌操作‌：
‌你要做的：用你的‌私钥‌给照片盖个加密章（签名）🏷️。
‌朋友要做的：用你的‌公钥‌验证章的真伪✅，确认是“正品”！
‌关键点‌：私钥签名只能由对应公钥验证，证明‌数据没被篡改+来源靠谱‌。从本质原理上说，公钥和私钥是一一对应的，但是有些场合我们需要一对多，这时候可通过主私钥派生多个子公钥，实现“一个私钥对应多个公钥”的效果。但这属于应用层扩展，并非底层算法的原生特性。

二、什么是公钥，什么是私钥

知道了加密和签名，大家很好奇公钥，私钥是什么了吧。公钥和私钥是非对称加密体系的核心组件，通过数学算法配对生成且互为加解密关系。公钥可公开分发，私钥必须严格保密。这对密钥的特性决定了其独特的安全机制：用公钥加密的数据只能由对应私钥解密，用私钥签名的数据可通过公钥验证来源。那么什么是非对称加密呢？非对称加密是相对对称加密来讲的。对称加密是通过‌单一密钥‌完成数据加密与解密的机制，加密方与解密方需共享同一密钥。而非对称加密是采用‌公钥（公开）+私钥（保密）‌配对机制（公钥私钥完全是两个东西），公钥加密数据需私钥解密，私钥签名（其实也是加密）数据需公钥验证（其实也是解密）。

1. 数学原理

非对称加密基础‌是基于数学难题构建单向函数，加密与解密互为逆运算。常见算法：

RSA‌： 依赖大整数质因数分解难题
ECC‌（椭圆曲线加密）： 利用椭圆曲线上离散对数问题，同等密钥长度下安全性更高
ElGamal‌： 基于离散对数问题，常用于密钥交换

所谓的单向性指的是私钥包含解密必需的关键参数，可以推导出公钥，也就是有了私钥，你就能生成公钥，但是公钥无法逆向推算出私钥，也就是公钥不能生成私钥。

2. 生成方法（看不懂没关系😁）

RSA密钥生成‌典型流程包含：

1. 随机选择两个大质数 p 和 q
2. 计算 n = pq 和 φ(n) = (p-1)(q-1)
3. 选择整数 e 满足 1 < e < φ(n) 且与 φ(n) 互质
4. 计算 d 使得 (d*e) mod φ(n) = 1
5. 公钥为 (e,n)，私钥为 (d,n)

ECC密钥生成‌
基于椭圆曲线参数生成基点 G，私钥为随机整数 k，公钥计算为 k*G 的曲线点坐标。

ElGamal‌密钥生成
选择大素数p和生成元g
私钥x随机选择，公钥y = gˣ mod p

三、核心应用场景

1. 数据加密传输‌

发送方用接收方公钥加密数据，仅持有对应私钥的接收方可解密。例如：

• 电子邮件加密（PGP协议）
• TLS/SSL通信中的会话密钥传递，这里的密钥指的是对称密钥哈，后续大数据加密用的。

什么时候用非对称加密，什么时候用对称加密呢？我们有个经典用法：

1. 先让非对称加密护送「对称加密的钥匙」
2. 再用对称加密疯狂传输海量数据

我们加密世界的生存法则‌：

• 黄金组合‌：非对称护送对称密钥 + 对称密钥加密飙车传数据（HTTPS等协议的标准操作）
• 终极奥义‌：对称加密像「快餐」——方便但易胖（密钥泄露风险）；非对称加密像「养生餐」——安全但费牙（计算成本高）

2. 数字签名与认证‌

签名者用私钥生成签名，验证者用公钥核实身份及数据完整性。典型场景：

• 软件代码签名验证
• 电子合同签署
• 区块链交易验证

3. 密钥协商机制‌

通过Diffie-Hellman等协议，在不安全信道中建立共享密钥。

4. 加密货币体系‌

私钥作为资产所有权凭证，公钥生成钱包地址，交易需私钥签名确认。

四、Debian 11 和 Ubuntu 24.04 生成公钥与私钥的方法

1. SSH 密钥对生成（通用方法）

使用 ssh-keygen 命令‌
适用于 SSH 登录、Git 认证等场景，支持 RSA、ECDSA 等算法：

ssh-keygen -t rsa -b 4096 -C "[e-mail]"

• -t rsa：指定密钥类型为 RSA（可选 ecdsa 或 ed25519）RSA 兼容性最佳，但 ECDSA 或 Ed25519 性能更优，密钥长度至少 2048 位，（RSA）或 256 位（ECC）
  其中算法演进过程如下：
  ‌RSA → ECC‌：解决密钥过长问题，提升效率；
  ‌ECC → ECDSA‌：适配数字签名需求，但保留随机数依赖缺陷；
  ‌ECDSA → Ed25519‌：通过确定性签名和优化曲线设计，实现更高安全性与性能。
• -b 4096：设置密钥长度为 4096 位（安全性更高）
• -C：添加注释（通常为邮箱）

默认保存路径为 ~/.ssh/id_rsa（私钥）和 ~/.ssh/id_rsa.pub（公钥）

2. 查看生成的密钥‌

cat ~/.ssh/id_rsa.pub  # 查看公钥
cat ~/.ssh/id_rsa      # 查看私钥（需谨慎操作）

总结

本文简单介绍了加密与签名，我们简单总结下加密与签名：

	加密‌‌	签名‌
‌目的‌	‌ 保护数据机密性	‌ 验证数据完整性和发送者身份
‌操作方向‌	‌公钥加密 → 私钥解密	‌ 私钥签名 → 公钥验证
‌‌密钥归属‌	‌接收者的公钥用于加密，私钥用于解密	‌ 发送者的私钥用于签名，公钥用于验证
‌适用角色‌	‌ 面向接收者（隐私保护）	‌ 面向发送者（身份认证）