根据密钥类型、用途和数学原理，常用加密算法可分为三大核心类别：对称加密算法、非对称加密算法和哈希算法（消息摘要算法）。本文将梳理各类算法的特点、代表算法及典型应用场景。
一、按密钥类型分类：对称加密 vs 非对称加密
这是最核心的分类方式，区别在于加密和解密是否使用同一密钥。
1. 对称加密算法（Symmetric Encryption）
核心特点：加密和解密使用相同的密钥（对称密钥），算法简单、计算速度快，适合大量数据加密，但密钥分发和管理困难（需安全渠道传递密钥）。
（1）块加密算法（Block Cipher）
将明文按固定长度（如64位、128位）分成块，逐块加密，需配合分组模式（如ECB、CBC、GCM）处理数据长度非块长整数倍的情况。
| 算法 | 密钥长度 | 特点与现状 | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|
| AES（主流） | 128/192/256位 | 替代DES的国际标准，安全性高、效率优 | 文件加密（如ZIP加密）、HTTPS对称加密部分、磁盘加密（BitLocker） |
| DES | 56位 | 密钥太短（56位），易被暴力破解，已淘汰 | 早期金融系统（如银行卡磁条），现已被3DES/AES替代 |
| 3DES | 112/168位 | DES的三重加密，安全性提升但效率低 | 部分遗留金融系统（如POS机） |
| SM4（国密） | 128位 | 中国商用密码标准，等效AES | 国内政务、金融、物联网设备加密 |
（2）流加密算法（Stream Cipher）
将明文按字节/位逐位加密，生成与明文等长的密钥流（伪随机序列），异或运算得到密文，无需分组，适合实时数据加密（如流媒体、通信）。
| 算法 | 特点与现状 | 典型应用场景 |
|---|---|---|
| ChaCha20 | 无硬件加速时比AES快，抗侧信道攻击 | TLS 1.3默认流加密、VPN（OpenVPN）、移动端通信 |
| RC4 | 算法简单但存在安全漏洞（密钥流可预测），已淘汰 | 早期WiFi（WEP）、TLS 1.0（已禁用） |
2. 非对称加密算法（Asymmetric Encryption）
核心特点：使用一对密钥（公钥+私钥），公钥公开（用于加密/验证），私钥保密（用于解密/签名），安全性基于数学难题（如大整数分解、椭圆曲线离散对数），但计算速度慢，适合小数据加密或密钥交换。
（1）基于大整数分解问题（RSA类）
| 算法 | 密钥长度 | 特点与现状 | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|
| RSA（主流） | 2048/4096位 | 应用最广，支持加密和数字签名，但密钥长、计算慢 | HTTPS密钥交换、数字证书（SSL/TLS）、软件签名 |
| ElGamal | 1024+位 | 基于离散对数，仅支持加密和签名，较少单独使用 | 早期PGP加密、学术研究 |
（2）基于椭圆曲线离散对数问题（ECC类）
在相同安全级别下，ECC密钥长度仅为RSA的1/4~1/6（如256位ECC≈3072位RSA），计算效率更高，适合移动设备、物联网等资源受限场景。
| 算法 | 密钥长度 | 特点与现状 | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|
| ECC（主流） | 256/384位 | 安全性高、密钥短、速度快，逐步替代RSA | 区块链（比特币/以太坊地址生成）、移动端TLS、智能卡 |
| SM2（国密） | 256位 | 中国椭圆曲线标准，等效ECC | 国内电子签名、身份认证、政务系统 |
（3）基于其他数学难题
- DSA（数字签名算法）：仅支持数字签名，不支持加密，依赖离散对数问题，常用于软件签名（如Windows驱动签名）；
- Rabin：基于大整数分解，加密速度快，但签名验证复杂，应用较少。
二、哈希算法（消息摘要算法）：不可逆的“数据指纹”
核心特点：将任意长度输入转换为固定长度输出（哈希值/摘要），不可逆（无法从哈希值反推明文），输入微小变化导致输出完全不同（雪崩效应）。不属于加密算法（无解密过程），但用于数据完整性校验和密码存储。
1. 通用哈希算法（注重速度）
用于文件校验、数据一致性验证，安全性较低（存在碰撞风险）。
| 算法 | 输出长度 | 特点与现状 | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|
| MD5 | 128位（32位十六进制） | 已被破解（存在碰撞攻击），但仍用于非安全场景 | 文件校验（如下载文件MD5值对比）、临时数据标识 |
| SHA-1 | 160位 | 2017年被成功碰撞攻击，已淘汰 | 早期Git提交哈希、SSL证书（已禁用） |
| SHA-256 | 256位 | SHA-2系列主流算法，安全性高 | 区块链（比特币区块哈希）、文件校验、数字证书 |
| SHA-512 | 512位 | 安全性更高，但计算成本大 | 高安全需求的数据校验（如金融交易日志） |
| SHA-3 | 224/256/384/512位 | 替代SHA-2的新一代标准，抗量子计算潜力 | 未来密码系统升级储备 |
| SM3（国密） | 256位 | 中国哈希标准，等效SHA-256 | 国内政务数据校验、电子签名 |
2. 密码哈希算法（注重抗暴力破解）
专为密码存储设计，通过加盐（Salt） 和慢哈希（多次迭代） 增加破解难度，抵抗彩虹表和暴力攻击。
| 算法 | 核心机制 | 特点与现状 | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|
| bcrypt | 自适应成本因子（可调整迭代次数） | 最成熟的密码哈希算法，自动加盐 | 用户密码存储（网站、App后台） |
| Argon2 | 内存硬消耗+CPU硬消耗+并行计算 | 2015年密码哈希竞赛冠军，安全性最优 | 高安全场景（如金融系统密码存储） |
| PBKDF2 | 基于哈希函数（如SHA-256）多次迭代 | 标准化程度高，但内存消耗低，抗ASIC弱 | 兼容性场景（如旧系统升级、嵌入式设备） |
三、其他密码学技术：MAC与数字签名
除上述核心算法外，还有两类基于加密/哈希的复合技术，用于数据认证和完整性校验：
1. 消息认证码（MAC，Message Authentication Code）
结合密钥和哈希算法，验证数据完整性和发送者真实性（需双方共享密钥）。
- HMAC：基于哈希的MAC（如HMAC-SHA256），广泛用于API签名（如AWS签名、支付接口验签）、TLS记录层完整性校验；
- CMAC：基于对称加密的MAC（如AES-CMAC），适合硬件加密场景。
2. 数字签名（Digital Signature）
结合非对称加密和哈希算法，实现“防篡改+防抵赖”（私钥签名，公钥验证）。
- 流程：对数据哈希→用私钥加密哈希值（生成签名）→接收方用公钥解密签名并对比数据哈希；
- 算法：RSA-SHA256、ECDSA（椭圆曲线数字签名，如比特币交易签名）、SM2（国密数字签名）；
- 应用：软件安装包签名（验证来源）、电子合同（法律有效性）、区块链交易（防双花）。
四、加密算法选型指南：按场景匹配需求
| 场景 | 核心需求 | 推荐算法 |
|---|---|---|
| 大文件加密 | 速度快、效率高 | AES-256（GCM模式）、SM4 |
| 密钥交换（如HTTPS） | 安全分发对称密钥 | ECDHE（椭圆曲线密钥交换）、RSA |
| 用户密码存储 | 抗暴力破解、防彩虹表 | Argon2、bcrypt、PBKDF2 |
| 文件完整性校验 | 快速计算、低碰撞率 | SHA-256、SHA-3、SM3 |
| 数字签名（软件/合同） | 防篡改、防抵赖 | ECDSA（256位）、RSA-2048+SHA256 |
| 物联网设备加密 | 低资源消耗、短密钥 | ECC（256位）、ChaCha20、SM4 |
| 国内合规场景 | 符合商用密码标准 | SM2（签名）、SM3（哈希）、SM4（加密） |
加密算法是数据安全的基石，三类核心算法各有侧重：对称加密解决“高效加密大量数据”，非对称加密解决“安全密钥分发与身份认证”，哈希算法解决“数据完整性与密码存储”。实际应用中，通常需组合使用（如HTTPS：RSA/ECC密钥交换→AES对称加密→SHA哈希校验），并根据场景权衡安全性、效率和合规性。