加密基础与基础设施技术

第2章 加密基础与基础设施技术

章节导读

本章介绍 PETs 的底层密码学与基础设施：先系统回顾现代密码学基础（对称/非对称加密、哈希、数字签名、密钥交换），为理解后续高级原语打底；接着讲解可信执行环境（TEE）——通过硬件隔离提供机密计算能力；最后介绍匿名通信与混淆网络（Tor 等），保护通信元数据隐私。这三类技术分别回答"如何加密数据、如何隔离计算、如何隐藏通信"，是上层 PETs 方案的共同地基。

本章要点

密码学基础回顾

现代密码学提供保密（加密）、完整性（消息认证码、哈希）、认证（数字签名）与密钥协商（Diffie-Hellman）四类基础能力。理解密码学安全定义（计算安全、可证明安全）、密钥管理与密码学参数选择（密钥长度、哈希强度），是正确设计 PETs 方案的前提。量子计算时代还需关注后量子密码迁移。

可信执行环境TEE

TEE 通过 CPU 硬件隔离创建受保护的执行环境（飞地），保证代码与数据在运行时不被操作系统或主机攻击者窥探。主流实现：Intel SGX、ARM TrustZone、AMD SEV。TEE 的优势是性能开销低、部署简单；局限是依赖硬件信任根、侧信道攻击风险、内存限制。TEE 常与密码学方案组合，兼顾安全性与性能。

匿名通信与混淆网络

匿名通信隐藏"谁在何时与谁通信"的元数据。混合网络（MixNet）通过多层加密与重排序打乱通信关系；洋葱路由（Tor）通过三层加密隧道逐跳转发。匿名性通过匿名集规模度量。这类技术保护通信隐私，但面临流量分析、延迟增加与滥用治理的挑战。

学习路径

先补齐密码学基础，再分别学习 TEE 与匿名通信两类基础设施，最后理解它们如何被上层 PETs 方案组合使用。建议动手运行一次 TEE 示例（如 SGX 开发套件）与匿名网络实验，建立直观认识。

与前后章节的联系

第 2 章的技术是第 3 章核心方案的底层支撑：同态加密与多方计算依赖密码学原语，TEE 可作为 MPC 与联邦学习的可信执行环境，匿名通信保护隐私计算的网络层元数据。学习本章时建议先掌握密码学基础术语，再理解 TEE 与匿名通信的机制，为第 3-4 章的组合应用打好基础。