RC4加密原理
RC4历史
RC4由Ras Rivest于1987年由RSA Security设计。当它被正式称为“Rivest Cipher 4”时，RC首字母缩略词被理解为代表“Ron’s Code”。
RC4最初是一个商业秘密，但是在1994年9月，它的描述被匿名地张贴在Cypherpunks邮件列表中。它很快被发布在sci.crypt新闻组，并从那里到互联网上的许多站点。泄漏的代码被证实是真实的，因为它的输出被发现与使用许可的RC4的专有软件相匹配。因为算法是已知的，它不再是商业秘密。名称“RC4”是商标，因此RC4通常被称为“ARCFOUR”或“ARC4”（意为被称为RC4），以避免商标问题。 RSA Security从未正式发布算法;然而，Rivest与英文维基百科的文章有关。在RC4的自己的课程笔记中。RC4已经成为一些常用的加密协议和标准的一部分，包括无线网卡和TLS的WEP和WPA。
RC4在如此广泛的应用领域取得成功的主要因素是速度和简单性：软件和硬件的高效实施非常容易开发。
RC4加密原理
1、先初始化状态向量S（256个字节，用来作为密钥流生成的种子1）
按照升序，给每个字节赋值0,1,2,3,4,5,6…..,254,255
2、初始密钥（由用户输入），长度任意
如果输入长度小于256个字节，则进行轮转，直到填满
例如输入密钥的是1,2,3,4,5 , 那么填入的是1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5……..
由上述轮转过程得到256个字节的向量T（用来作为密钥流生成的种子2）
3、开始对状态向量S进行置换操作（用来打乱初始种子1）
按照下列规则进行
从第零个字节开始，执行256次，保证每个字节都得到处理
j = 0;
for (i = 0 ; i < 256 ; i++){
j = (j + S[i] + T[i]) mod 256;
swap(S[i] , S[j]);
}
这样处理后的状态向量S几乎是带有一定的随机性了
4.利用S盒生成密钥流——The pseudo-random generation algorithm(PRGA)
对于需要的迭代次数，PRGA修改状态并输出一个字节的密钥流。
在每次迭代中，PRGA递增i，将i指向的S的值与j相加，交换S [i]和S [j]的值，然后在S [i] + S [j]（模256）。
每256个迭代，S的每个元素至少与另一个元素交换一次。
伪代码如下：
i := 0
j := 0
while GeneratingOutput:
i := (i + 1) mod 256
j := (j + S[i]) mod 256
swap values of S[i] and S[j]
K := S[(S[i] + S[j]) mod 256]
output K
endwhile
Java实现RC4算法
public class RC4 {
public static void main(String[] args) {
RC4 rc4 = new RC4();
String plaintext = "helloworld";
String key = "key";
String ciphertext = rc4.encrypt(plaintext, key);
String decryptText = rc4.encrypt(ciphertext, key);
System.out.print(
"明文为：" + plaintext + "\n" + "密钥为：" + key + "\n\n" + "密文为：" + ciphertext + "\n" + "解密为：" + decryptText);
}
// 1 加密
public String encrypt(final String plaintext, final String key) {
Integer[] S = new Integer[256]; // S盒
Character[] keySchedul = new Character[plaintext.length()]; // 生成的密钥流
StringBuffer ciphertext = new StringBuffer();
ksa(S, key);
rpga(S, keySchedul, plaintext.length());
for (int i = 0; i < plaintext.length(); ++i) {
ciphertext.append((char) (plaintext.charAt(i) ^ keySchedul[i]));
}
return ciphertext.toString();
}
// 1.1 KSA--密钥调度算法--利用key来对S盒做一个置换，也就是对S盒重新排列
public void ksa(Integer[] s, String key) {
for (int i = 0; i < 256; ++i) {
s[i] = i;
}
int j = 0;
for (int i = 0; i < 256; ++i) {
j = (j + s[i] + key.charAt(i % key.length())) % 256;
swap(s, i, j);
}
}
// 1.2 RPGA--伪随机生成算法--利用上面重新排列的S盒来产生任意长度的密钥流
public void rpga(Integer[] s, Character[] keySchedul, int plaintextLength) {
int i = 0, j = 0;
for (int k = 0; k < plaintextLength; ++k) {
i = (i + 1) % 256;
j = (j + s[i]) % 256;
swap(s, i, j);
keySchedul[k] = (char) (s[(s[i] + s[j]) % 256]).intValue();
}
}
// 1.3 置换
public void swap(Integer[] s, int i, int j) {
Integer mTemp = s[i];
s[i] = s[j];
s[j] = mTemp;
}
}
c语言实现
unsigned char S[256];
unsigned int i, j;
void swap(unsigned char *s, unsigned int i, unsigned int j) {
unsigned char temp = s[i];
s[i] = s[j];
s[j] = temp;
}
/* KSA */
void rc4_init(unsigned char *key, unsigned int key_length) {
for (i = 0; i < 256; i++)
S[i] = i;
for (i = j = 0; i < 256; i++) {
j = (j + key[i % key_length] + S[i]) & 255;
swap(S, i, j);
}
i = j = 0;
}
/* PRGA */
unsigned char rc4_output() {
i = (i + 1) & 255;
j = (j + S[i]) & 255;
swap(S, i, j);
return S[(S[i] + S[j]) & 255];
}
#include
int main() {
int k, output_length;
unsigned char key[] = "Secret"; // key hardcoded to "Secret"
output_length = 10; // number of bytes of output desired
rc4_init(key, 6); // length of key is 6 in this case
k = 0;
while (k < output_length) {
printf("%c", rc4_output());
k++;
}
}
运行实例
明文为：helloworld
密钥为：key
密文为：c XKø8$/
解密为：helloworld
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