一、什么是非对称加密？
非对称加密（Asymmetric Encryption），又称公钥加密，是一种使用两把不同密钥（公钥和私钥）进行加密和解密的密码学技术。其核心特性是：
- 公钥（Public Key）：可公开分发，用于加密数据或验证签名。
- 私钥（Private Key）：严格保密，用于解密数据或生成签名。
1. 与对称加密的区别
| 特性 |
对称加密 |
非对称加密 |
| 密钥数量 |
1把密钥（共享） |
2把密钥（公钥+私钥） |
| 加密速度 |
快（适合大数据量） |
慢（计算复杂度高） |
| 核心用途 |
数据加密、密钥交换 |
密钥交换、数字签名、身份认证 |
2. 历史背景
非对称加密的里程碑算法是 RSA（1977年提出），后续演进出 ECC（椭圆曲线加密，2004年提出）等更高效的算法。
二、非对称加密的核心原理
1. 数学基础
非对称加密基于数论难题，常见实现方式：
- RSA：基于大整数分解（将大素数乘积分解为原始素数）的困难性。
- ECC：基于椭圆曲线离散对数问题的困难性。
2. 加密与解密流程
- 密钥生成：通过算法生成一对公私钥（如RSA）。
- 加密过程：使用公钥加密明文，得到密文（只有私钥能解密）。
- 解密过程：使用私钥解密密文，恢复明文。
3. 数字签名
- 签名生成：用私钥对数据哈希值加密，生成签名。
- 签名验证：用公钥验证签名的合法性，确认数据完整性和来源可信性。
三、PHP中的非对称加密实现
1. RSA密钥生成
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| <?php
exec('openssl genpkey -algorithm RSA -out private_key.pem -bits 2048');
exec('openssl rsa -in private_key.pem -out public_key.pem -pubout');
$privateKey = file_get_contents('private_key.pem');
$publicKey = file_get_contents('public_key.pem');
?>
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2. 使用OpenSSL进行加密/解密
加密示例（使用公钥）
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| <?php
function rsaEncrypt($data, $publicKey) {
$resource = openssl_pkey_get_public($publicKey);
$encrypted = openssl_public_encrypt(
$data,
$ciphertext,
$resource,
OPENSSL_PKCS1_PADDING
);
if ($encrypted === false) {
throw new Exception("加密失败");
}
return base64_encode($ciphertext);
}
$plaintext = "Hello, this is a secret message!";
$ciphertext = rsaEncrypt($plaintext, $publicKey);
echo "加密结果：" . $ciphertext . "\n";
?>
|
解密示例（使用私钥）
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| <?php
function rsaDecrypt($ciphertext, $privateKey) {
$resource = openssl_pkey_get_private($privateKey);
$decrypted = openssl_private_decrypt(
base64_decode($ciphertext),
$plaintext,
$resource,
OPENSSL_PKCS1_PADDING
);
if ($decrypted === false) {
throw new Exception("解密失败");
}
return $plaintext;
}
$decryptedText = rsaDecrypt($ciphertext, $privateKey);
echo "解密结果：" . $decryptedText . "\n";
?>
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3. 数字签名与验证
签名生成
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| <?php
function signData($data, $privateKey) {
$hash = hash('sha256', $data);
$signature = openssl_sign(
$hash,
$signature,
$privateKey,
OPENSSL_ALGO_SHA256
);
if ($signature === false) {
throw new Exception("签名失败");
}
return base64_encode($signature);
}
$signature = signData("Hello, World!", $privateKey);
echo "数字签名：" . $signature . "\n";
?>
|
签名验证
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| <?php
function verifySignature($data, $signature, $publicKey) {
$hash = hash('sha256', $data);
$result = openssl_verify(
$hash,
base64_decode($signature),
$publicKey,
OPENSSL_ALGO_SHA256
);
return $result === 1;
}
$isValid = verifySignature("Hello, World!", $signature, $publicKey);
echo "签名验证结果：" . ($isValid ? "成功" : "失败") . "\n";
?>
|
四、非对称加密的最佳实践
1. 密钥管理原则
- 私钥保护：存储在安全介质（如HSM、硬件密钥）中，禁止暴露。
- 密钥轮换：定期更换密钥（建议RSA 2048位密钥至少使用3年后更换）。
- 权限控制：限制私钥的访问权限（如Linux下设置
chmod 600 private_key.pem）。
2. 算法选择建议
- 优先使用ECC：在相同安全强度下，密钥长度更短（例如ECC-256 ≈ RSA-3072）。
- 避免过时算法：禁用RSA-1024及以下弱密钥。
3. 应用场景
- SSL/TLS通信：浏览器与服务器通过非对称加密交换对称密钥。
- SSH密钥认证：替代密码登录，提升服务器安全性。
- 数字证书（如SSL证书、代码签名证书）：绑定公钥到实体身份。
- JWT签名：使用私钥签名令牌，客户端用公钥验证。
五、安全注意事项
- 防止中间人攻击：首次交换公钥时需通过可信渠道（如HTTPS证书）。
- 填充攻击防护：禁用不安全的填充模式（如PKCS#1 v1.5），改用OAEP填充。
- 密钥泄露应急：立即吊销受影响证书并生成新密钥对。
六、总结
非对称加密是现代密码学的基石，广泛应用于安全通信、身份认证等领域。PHP开发者可通过OpenSSL扩展实现基础功能，但在生产环境中需结合证书权威（CA）和安全密钥存储方案构建完整的安全体系。
