一、编码与转义：数据表示的基础层

1. Base64编码：二进制数据的文本化

Base64通过64个ASCII字符（A-Z,a-z,0-9,+,/）将任意二进制数据转换为可打印文本，每3字节原始数据编码为4字节Base64字符。例如：

import base64
data = b"Hello, World!"
encoded = base64.b64encode(data)  # b'SGVsbG8sIFdvcmxkIQ=='
decoded = base64.b64decode(encoded)  # b'Hello, World!'

应用场景：邮件附件传输、JSON/XML中的二进制数据嵌入。注意：Base64是编码而非加密，需配合其他安全措施。

2. Unicode与Escape序列：字符的跨平台表示

Unicode通过U+XXXX格式唯一标识字符，而Escape序列（如\uXXXX、\n）解决特殊字符在文本中的表示问题。JavaScript示例：

const str = "中文\nUnicode: \u4E2D\u6587";
console.log(str);  // 输出含换行和Unicode字符的文本

关键点：UTF-8是Unicode的常见编码实现，占1-4字节；Escape序列在JSON、正则表达式中广泛使用。

3. URL/HEX编码：网络传输的标准化

URL编码将特殊字符（如/、?）转换为%XX格式，HEX编码直接显示字节的十六进制值。Python示例：

from urllib.parse import quote
url = "https://example.com/path?q=测试"
encoded_url = quote(url)  # 'https%3A//example.com/path%3Fq%3D%E6%B5%8B%E8%AF%95'

安全提示：直接拼接未编码的URL参数易导致注入攻击，务必使用库函数处理。

二、哈希算法：数据的指纹生成

1. MD5与SHA系列：单向哈希的演进

MD5生成128位（16字节）哈希值，但存在碰撞漏洞，不适用于安全场景。SHA系列（SHA-1、SHA-256、SHA-3）提供更高安全性：

import hashlib
data = b"password123"
md5_hash = hashlib.md5(data).hexdigest()  # '286dd0f6a8e9d1d5f9f4e78e5d5d5d5d'（示例值）
sha256_hash = hashlib.sha256(data).hexdigest()  # 'ef92b778bafe771e89245b89ecbc08a4...'

应用建议：SHA-256用于密码存储（需加盐），SHA-3作为抗量子计算候选。

2. HMAC：基于密钥的哈希认证

HMAC通过密钥增强哈希的安全性，防止伪造。示例（SHA-256）：

import hmac
import hashlib
key = b"secret_key"
message = b"important_data"
hmac_hash = hmac.new(key, message, hashlib.sha256).hexdigest()

典型场景：API请求签名、消息完整性验证。

三、非对称加密：公钥与私钥的舞蹈

1. RSA算法：经典的非对称加密

RSA基于大数分解难题，支持加密和数字签名。Python示例（使用cryptography库）：

from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import rsa, padding
from cryptography.hazmat.primitives import hashes
# 生成密钥对
private_key = rsa.generate_private_key(public_exponent=65537, key_size=2048)
public_key = private_key.public_key()
# 加密
message = b"Secret Message"
ciphertext = public_key.encrypt(
    message,
    padding.OAEP(mgf=padding.MGF1(algorithm=hashes.SHA256()), algorithm=hashes.SHA256(), label=None)
)
# 解密
plaintext = private_key.decrypt(
    ciphertext,
    padding.OAEP(mgf=padding.MGF1(algorithm=hashes.SHA256()), algorithm=hashes.SHA256(), label=None)
)

参数选择：2048位密钥提供当前足够安全，3072/4096位用于长期保护。

2. SM系列：国密算法的崛起

SM2（非对称）、SM3（哈希）、SM4（对称）是中国商用密码标准。SM2加密示例（伪代码）：

// Java示例（需引入Bouncy Castle库）
Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
KeyPairGenerator kpGen = KeyPairGenerator.getInstance("SM2", "BC");
kpGen.initialize(256);
KeyPair keyPair = kpGen.generateKeyPair();

优势：符合中国法规要求，在金融、政务领域广泛应用。

四、对称加密：高效的数据保护

1. AES与DES：从经典到现代

DES因56位密钥过短已被淘汰，AES（128/192/256位）成为标准。Python示例：

from cryptography.hazmat.primitives.ciphers import Cipher, algorithms, modes
from cryptography.hazmat.backends import default_backend
from cryptography.hazmat.primitives import padding
key = b"16_byte_aes_key"  # 实际需16/24/32字节
iv = b"16_byte_iv_here"   # AES-CBC需初始化向量
cipher = Cipher(algorithms.AES(key), modes.CBC(iv), backend=default_backend())
encryptor = cipher.encryptor()
# 填充数据（PKCS7）
padder = padding.PKCS7(128).padder()
padded_data = padder.update(b"Hello") + padder.finalize()
ciphertext = encryptor.update(padded_data) + encryptor.finalize()

模式选择：CBC需随机IV，GCM提供认证加密，推荐用于新项目。

2. PBKDF2：密码到密钥的安全派生

PBKDF2通过多次哈希增强弱密码的安全性。示例：

import hashlib
import binascii
from cryptography.hazmat.primitives import hashes
from cryptography.hazmat.primitives.kdf.pbkdf2 import PBKDF2HMAC
password = b"weak_password"
salt = b"random_salt"  # 必须唯一且随机
kdf = PBKDF2HMAC(
    algorithm=hashes.SHA256(),
    length=32,  # 输出密钥长度
    salt=salt,
    iterations=100000,  # 推荐至少1e5次
)
key = kdf.derive(password)  # 派生密钥

关键参数：迭代次数需随硬件性能提升而增加。

五、代码保护：JS混淆与逆向防御

1. JavaScript混淆技术

通过变量重命名、字符串加密、控制流扁平化等手段增加逆向难度。示例（使用javascript-obfuscator）：

// 原始代码
function greet(name) { console.log("Hello, " + name); }
// 混淆后（部分输出）
var _0x1a2b=['log','Hello,\x20'];function _0x3c4d(_0x5e6f){console[_0x1a2b[0]](_0x1a2b[1]+_0x5e6f);}

工具推荐：Webpack+Terser（生产构建）、商业混淆器（如JScrambler）。

2. 反调试与反篡改

检测开发者工具打开、代码完整性校验等技术可增强保护。示例（检测调试器）：

setInterval(() => {
  const threshold = 160;
  const startTime = performance.now();
  debugger;  // 若调试器存在，此处会暂停
  const endTime = performance.now();
  if (endTime - startTime > threshold) {
    alert("调试行为已检测！");
  }
}, 1000);

局限性：混淆无法提供绝对安全，需结合服务器端验证。

六、综合实践建议

1. 分层防御：传输层用TLS，数据层用AES-GCM，存储层用PBKDF2+SHA-256。
2. 密钥管理：硬件安全模块（HSM）或云密钥管理服务（如AWS KMS）。
3. 合规性：金融、医疗领域优先选择国密算法或FIPS 140-2认证库。
4. 性能权衡：RSA签名用SHA-256而非SHA-512（移动端优化）。

通过系统掌握这些技术，开发者可构建从基础编码到高级加密的完整安全体系，有效应对数据泄露、中间人攻击等现实威胁。