对称、非对称与哈希：三大原语
密码学按密钥使用方式分为对称密钥密码、非对称（公钥）密码和哈希函数三大类：
对称加密：加解密使用同一密钥，执行效率高，适合海量数据加密。AES（Rijndael，由 Joan Daemen 与 Vincent Rijmen 设计）于 2001 年经 NIST 公开竞赛从 15 个候选算法中胜出，支持 128/192/256 位密钥长度，广泛应用于 TLS、磁盘加密（BitLocker/LUKS）、Wi-Fi WPA2/3。AES 的生命力体现了公开评审的价值——至今侧信道攻击比数学攻击更实用。国密 SM4 是中国国家密码管理局发布的对称加密标准，分组长度 128 位、密钥长度 128 位，在等保 2.0 等政企合规场景广泛使用。
非对称加密：使用公私钥对的数学技巧。RSA（1977，Rivest-Shamir-Adleman）基于大整数分解难题，推荐密钥长度 2048 位以上。ECC（椭圆曲线密码）于 1985 年由 Koblitz 和 Miller 独立提出，在同等安全强度下密钥远短于 RSA——256 位 ECC ≈ 3072 位 RSA。SM2 是中国国密公钥算法，基于 ECC 曲线 SM2-P256。基于身份的密码（Identity-Based Encryption, IBE）由 Shamir 于 1984 年提出愿景，Boneh-Franklin 于 2001 年首次实现。SM9 是中国自主 IBE 标准。
哈希函数：将任意长度输入映射为固定长度输出（指纹），必须满足抗原像性、抗第二原像性和抗碰撞性。MD5（128 位输出）在 2004 年被王小云团队实现碰撞攻击；SHA-1 于 2017 年由 Google 与 CWI 实现首个碰撞（SHAttered），现已从主流 TLS 证书中移除。
密码协议与工程实践
现实世界的安全不取决于单个密码算法的强度，而取决于它们如何组合成协议。
TLS 握手是一个教科书级案例：客户端与服务器先用非对称密钥交换（ECDHE）协商一个临时对称密钥（Pre-Master Secret），然后用该密钥派生会话密钥，此后所有通信数据用 AEAD 加密（AES-GCM 或 ChaCha20-Poly1305）。这兼顾了公钥密码的安全密钥分发和对称密码的高吞吐量。
认证加密（AEAD） 是 2010 年代密码工程的最重要进展之一。传统方案先加密再 MAC（Encrypt-then-MAC）可能因实现次序错误导致灾难性漏洞（如 TLS 的 Lucky13 攻击）。AEAD 将加密和认证整合为单一原语，消除了组合错误的空间。AES-GCM 是 TLS 1.2+ 的标准 AEAD 套件；AES-GCM-SIV 额外提供抗 nonce 重用能力；ChaCha20-Poly1305 在无硬件 AES 加速的移动设备上性能更优。