第5章：敏感数据（Sensitive Data）

一、导读

1.1 本章学习目标

第5章讲解敏感数据的保护——加密、哈希、脱敏。

本章的核心学习目标包括：

理解加密的基本概念：对称加密、非对称加密
掌握密码哈希的最佳实践
学会数据脱敏技术
理解密钥管理的重要性

1.2 为什么本章如此重要

数据泄露是最常见的安全事件。即使系统被攻破，正确加密的数据也能保护用户隐私。

1.3 核心问题引导

对称加密和非对称加密有什么区别？各适用于什么场景？

为什么不能用 MD5/SHA1 存储密码？

数据脱敏有哪些常用技术？

密钥管理为什么是安全中最难的部分？

二、核心概念详解

2.1 加密基础

对称加密：加密和解密使用同一个密钥
  → AES-256：速度快，适合大量数据
  → 问题：如何安全地分发密钥？

非对称加密：公钥加密，私钥解密
  → RSA、ECC：速度慢，适合密钥交换
  → 公钥可以公开，私钥必须保密

2.2 密码哈希

java

// 危险！MD5 和 SHA1 已被攻破
String hash = DigestUtils.md5Hex(password);    // 不安全！

// 安全：使用 bcrypt
String hashedPassword = BCrypt.hashpw(password, BCrypt.gensalt(12));

// 验证
boolean matches = BCrypt.checkpw(inputPassword, hashedPassword);

// 其他选择：Argon2、scrypt

2.3 数据脱敏

java

// 邮箱脱敏
public String maskEmail(String email) {
    int atIndex = email.indexOf('@');
    if (atIndex <= 2) return email;
    return email.substring(0, 2) + "***" + email.substring(atIndex);
}
// alice@example.com → al***@example.com

// 手机号脱敏
public String maskPhone(String phone) {
    return phone.substring(0, 3) + "****" + phone.substring(7);
}
// 13812345678 → 138****5678

// 信用卡号脱敏
public String maskCard(String card) {
    return "****-****-****-" + card.substring(card.length() - 4);
}

2.4 密钥管理

密钥管理最佳实践：
1. 永远不要在代码中硬编码密钥
2. 使用密钥管理服务（KMS）
3. 定期轮换密钥
4. 分离不同环境的密钥
5. 限制密钥的访问权限

三、实战案例

3.1 案例一：AES 加密文件

java

public class FileEncryption {
    public void encrypt(Path inputFile, Path outputFile, SecretKey key) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
        
        byte[] iv = cipher.getIV();
        
        try (OutputStream os = Files.newOutputStream(outputFile)) {
            os.write(iv);    // 写入 IV
            
            try (InputStream is = Files.newInputStream(inputFile)) {
                byte[] buffer = new byte[8192];
                int read;
                while ((read = is.read(buffer)) != -1) {
                    byte[] encrypted = cipher.update(buffer, 0, read);
                    os.write(encrypted);
                }
                byte[] finalBlock = cipher.doFinal();
                os.write(finalBlock);
            }
        }
    }
}

四、本章小结

对称加密：AES-256，适合大量数据。

非对称加密：RSA/ECC，适合密钥交换。

密码哈希：bcrypt/Argon2，永远不要明文存储密码。

数据脱敏：在日志、测试、展示中隐藏敏感数据。

五、思考与练习

为什么密码哈希需要加盐（salt）？

AES 的 GCM 模式和 CBC 模式有什么区别？

设计一个完整的密钥管理方案。