浅谈RC4

ndjnddjxn2024-06-20 4:01

一、什么叫RC4？优点和缺点

RC4是对称密码（加密解密使用同一个密钥） 算法中的**流密码（一个字节一个字节的进行加密）**加密算法。

优点：简单、灵活、作用范围广，速度快

缺点：安全性能较差，容易被爆破

密钥长度可变

以一个足够大的表S为基础，对表进行非线性变换（一个变换就是一个函数） ，从而产生密钥流

二、加密解密原理

1.初始化S表（KSA）：

对S表进行线性填充，s[0]=0到s[255]=255,一般为256个字节；

**用种子密钥填充另一个256字节的K表,**如果种子密钥是256的话，那么刚好填充完K表，如果校园长度小于256的话，K表里面的值就密钥的循环使用；

用K表对S表进行初始置换，就是从s[0]开始到s[255],对每个s[i]根据k[i]确定一个方案，将s[i]置换为s中的另一个字节；

假设种子密钥是3,4,5 那么进行循环填充

从i=0到 i=255都要进行表内置换，根据公式，j=0+0+3=3,而 mod 256,这里mod 7然后将s[0]和s[3]进行一个置换，那么就得到新的3,1,2,0,4,5,6，将将这个过程循环七次后得到最后的那个S表

S表一但完成初始化，种子密钥就不再使用了。

2.生成密钥流（PRGA）

因为是流密码，所以我们需要为每个待加密的字节生成一个用来异或的随机数值，这个数值也是从s表中获取，那么接下来就是找到它的下标

例如：代码

得到 i=1，j=0，t=3，t就是下标的值

3.密钥流与明文进行异或

三、Python和c语言实现简单的RC4

c语言：

python 复制代码 
#include<stdio.h> 
#include<stdlib.h>
#include<string.h>

//s表的长度取256
#define size 256

unsigned char sbox[257]={0};

//初始化s表
void init_sbox(unsigned char*key){
	unsigned int i,j,k;
	int tmp;
	
	for(i=0;i<size;i++){
		sbox[i]=i;
	}
	
	j=k=0;
	for(i=0;i<size;i++){
		tmp=sbox[i];
		j=(j+tmp+key[k])%size;
		sbox[i]=sbox[j];
		sbox[j]=tmp;
		if(++k>=strlen((char*)key))k=0;
	}
}

//加解密函数
void enc_dec(unsigned char*key,unsigned char*data){
	int i,j,k,R,tmp;
	
	init_sbox(key);
	
	j=k=0;	
	for(i=0;i<strlen((char*)data);i++){
		j=(j+1)%size;
		k=(k+sbox[j])%size;
		
		tmp=sbox[j];
		sbox[j]=sbox[k];
		sbox[k]=tmp;
		
		R=sbox[(sbox[j]+sbox[k])%size];
		
		data[i]^=R;
	}	
}

int main(){
	unsigned char key[100]={0};
	unsigned char data[100]={0};
	printf("输入你要加密的字符：");
	scanf("%100s",data);
	printf("输入密钥：");
	scanf("%40s",key);
	enc_dec(key,data);
	printf("enc: %s\n",data);
	enc_dec(key,data);
	printf("dec: %s\n",data);
	return 0;
}

pyhthon实现：

def ksa(key):
    S = list(range(256))
    j = 0
    for i in range(256):
        j = (j + S[i] + key[i % len(key)]) % 256
        S[i], S[j] = S[j], S[i]  # 交换 S[i] 和 S[j]
    return S


def prga(S):
    i = 0
    j = 0
    while True:
        i = (i + 1) % 256
        j = (j + S[i]) % 256
        S[i], S[j] = S[j], S[i]  # 交换 S[i] 和 S[j]
        K = S[(S[i] + S[j]) % 256]
        yield K


def rc4_encrypt(key, plaintext):
    S = ksa(key)
    prga_gen = prga(S)
    ciphertext = bytearray()
    for byte in plaintext:
        K = next(prga_gen)
        ciphertext.append(byte ^ K)
    return ciphertext


def rc4_decrypt(key, ciphertext):
    # 对于 RC4，加密和解密过程是相同的
    return rc4_encrypt(key, ciphertext)


# 示例用法
key = b'Secret'
# 原始字符串
plaintext= "Hello， World!"

# 将字符串转换为UTF-8编码的字节串
utf8_bytes = plaintext.encode('utf-8')

ciphertext = rc4_encrypt(key, utf8_bytes)
print('Ciphertext:',utf8_bytes)
decrypted_text = rc4_decrypt(key, ciphertext)
print('Decrypted Text:', decrypted_text)

四、例题

RC4的密码较为简单，所以要一般结合其他的东西再来解

比如buuctf上的re

[GUET-CTF2019]encrypt

下载后查壳，没有，直接用IDA打开

发现了一串奇怪的字符

按X 后T按ab键，查看伪代码

观察一下，大概意思就是读取用户输入一段字符串并验证是否与byte_602080相匹配，还有sub_4006B6进行了RC4加密 ，v10就是key

看了一下其他的内容：

这里看到了base64加密和RC4加密的过程，但是这里的base64加密有点不一样，

编码后的Base64字符是通过加上61（即ASCII中的'='字符加1）得到的，通过简化而形成的，一般的base64，通过'A'到'Z'、'a'到'z'、'0'到'9'、'+'和'/'，而这里使用了'='字符加偏移的方式。查询得到是****魔化的base64

什么叫做魔化的base64？

魔化的Base64通常指的是Base64编码的一种变体或改进形式，它在标准Base64的基础上进行了某些修改或增强，以适应特定的应用场景或需求。特点：

  1. 字符集变更 ：
    • 标准Base64使用64个字符的字符集，包括大小写字母、数字、加号（+）、斜杠（/）以及填充字符等号（=）。
    • 魔化Base64可能会更改这个字符集，以避免在特定上下文（如URL、数据库或编程环境）中的冲突或特殊解释。
  2. URL安全 ：
    • 由于标准Base64中的加号（+）和斜杠（/）在URL中具有特殊含义，因此直接用于URL中可能会导致问题。
    • 魔化Base64可能会使用其他字符（如连字符（-）和下划线（_））来替换加号（+）和斜杠（/），从而使其URL安全。
  3. 填充字符 ：
    • 标准Base64使用等号（=）作为填充字符，用于在原始数据长度不是3的倍数时进行填充。
    • 魔化Base64可能会保留这个特性，但也可能根据具体应用场景进行不同的处理。
  4. 数据长度和膨胀 ：
    • Base64编码的特性之一是它会使数据变大，因为每3个字节的原始数据会转换为4个Base64字符。
    • 魔化Base64通常不会改变这个基本的数据膨胀率，但在某些情况下可能会进行优化或调整。
  5. 编码/解码过程 ：
    • 魔化Base64的编码和解码过程与标准Base64类似，但会基于变更的字符集和可能的特殊规则进行调整。
  6. 应用场景 ：
    • 魔化Base64常用于需要Base64编码但又有特殊需求的场景，如URL编码、数据库存储、编程环境等。

大神wp的补充：

  1. 把 rc4 加密过的内容三个字节一组，变成四个六位的数（这里和 base64 原理一样）
  2. 把四个数每个加上 61，存入输出的数组之中

后面就没有什么了，再次梳理一下内容：先用RC4加密------魔化的base64------最后对比

大神接下来就是上脚本了，直接一步得到flag：

from base64 import *
import binascii
from Crypto.Util.number import *
duibi="Z`TzzTrD|fQP[_VVL|yneURyUmFklVJgLasJroZpHRxIUlH\\vZE="
# for i in range(len(duibi)-1):
#     print(hex(ord(duibi[i])-61),end=",")#得到shuru
shuru=[0x1d,0x23,0x17,0x3d,0x3d,0x17,0x35,0x7,0x3f,0x29,0x14,0x13,0x1e,0x22,0x19,0x19,0xf,0x3f,0x3c,0x31,0x28,0x18,0x15,0x3c,0x18,0x30,0x9,0x2e,0x2f,0x19,0xd,0x2a,0xf,0x24,0x36,0xd,0x35,0x32,0x1d,0x33,0xb,0x15,0x3b,0xc,0x18,0x2f,0xb,0x1f,0x39,0x1d,0x8,0]
def four_to_three(a1,a2,a3,a4):
    return (a1<<18)|(a2<<12)|(a3<<6)|a4
for i in range(0,len(shuru),4):
    temp=four_to_three(shuru[i],shuru[i+1],shuru[i+2],shuru[i+3])
    a1=temp>>16
    a2=(temp>>8)&0xff
    a3=(temp)&0xff
    print(hex(a1)[2:].rjust(2,'0'),end="")
    print(hex(a2)[2:].rjust(2,'0'), end="")
    print(hex(a3)[2:].rjust(2,'0'), end="")
data1="7635fdf57d47fe95137a26593fff31a1857c63026ebd936a3e4d8dd727732d5ecc62f2dfe5d2"
def rc4_crypt(text,key):
    textlen=len(text)
    keylen=len(key)
    ciper=[]
    count=0
    s=list(range(256))
    for i in range(256):
        count=(count+s[i]+key[i%keylen])%256
        s[i],s[count]=s[count],s[i]
    i=0
    j=0
    for m in range(textlen):
        i=(i+1)%256
        j=(j+s[i])%256
        s[i],s[j]=s[j],s[i]
        k=s[(s[i]+s[j])%256]
        ciper.append(k^text[m])
    ciper_text=''.join("%02x"%i for i in ciper)
    return ciper_text.upper()
if __name__ == "__main__":
    data = '7635fdf57d47fe95137a26593fff31a1857c63026ebd936a3e4d8dd727732d5ecc62f2dfe5d2'
    key = '1020303020201040'
    print()
    print("rc4 result:", rc4_crypt(binascii.a2b_hex(data), binascii.a2b_hex(key.upper())))
    print(long_to_bytes(0x666C61677B65313061646333393439626135396162626535366530353766323066383833657D))

#7635fdf57d47fe95137a26593fff31a1857c63026ebd936a3e4d8dd727732d5ecc62f2dfe5d200
#rc4 result: 666C61677B65313061646333393439626135396162626535366530353766323066383833657D
#b'flag{e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e}'

那我们的一般思路就是将一开始的奇怪字符串进行Rc4解密，

如果借助在线网站的话，要将key进行十六进制转化，然后再弄，但是得到了的是魔化的base64，不行，

接下来就是利用特性：

RC4加密算法最后是要得到一个数据和明文进行异或

*(_BYTE *)(i + a2) ^= LOBYTE(v9[(unsigned __int8)(v7 + v8)]);

该数据 xor 明文=密文

密文 xor 该数据 =明文

那么要进行动态调试，在liucx里面弄

那么先下载IDA Pro

先去该网站下载

然后赋给执行权限并安装

chmod +x idafree83_linux.run

详解在：[GUET-CTF2019]encrypt_[guet-ctf2019]encrypt详细解答-CSDN博客

[GUET-CTF2019]encrypt 题解-阿里云开发者社区

[SEETF 2023]BabyRC4

题目：

分析过程：

ARC4 ：这一行导入一个叫ARc4的加密算法，ARC4就是RC4

urandom:生成随机字符串

flag = b'SEE{?????????????????????????????????}'[::-1]: 定义了一个字节字符串，其内容为'SEE{'后面跟着32个问号，进行了字符串反转了。但反转后，其内容仍然是'SEE{'开头，后跟32个问号，只是问号的顺序与原始顺序相反。

print(f"c0 = bytes.fromhex('{enc(flag).hex()}')") : 使用定义的加密函数enc加密flag，将加密后的字节转换为十六进制字符串，并再次将其转换回字节。不能直接以字节的形式输出，因为先将字节转为16进制，再次转为字节可以检查转换后的字节是否与原始字节相同，确保数据的完整性，而且16进制利于传输和储存

print(f"c1 = bytes.fromhex('{enc(b'a'*36).hex()}')") ：加密了一个由36个'a'字符组成的字节字符串，并进行了类似的转换。

那么按我们的思路来编写脚本吧！！！

引入解决RC4的Python函数 ，这里使用的是strxor,是pycryptodome库中的一个实用函数，用于对两个等长的字节字符串执行按位异或（XOR）操作。异或操作是一种二进制运算，其结果中每一位是相应位置的两个输入位中恰有一个为1时取1,RC4过程中就要进行明文和数据的异或。

定义m1，c0，c1：

m1 是一个由36个'a'字符组成的字节串，每个'a'在ASCII中对应的字节值是0x61。

c0 和 c1 是从十六进制字符串转换而来的字节串，分别代表两个加密或编码后的数据块

最后就可以进行异或，

strxor(m1,c1) ：m1和c1进行异或操作。由于m1和c1都是36字节长，所以它们的异或结果也是一个36字节长的字节串。

**c0[:-2]**接着，我们从c0中移除最后两个字节（为了匹配m1和c1的长度）。现在是一个34字节长的字节串。

strxor(c0[:-2],...)：c0[:-2] 与**m1和c1的异或结果** 进行异或操作。由于c0[:-2]只有34字节，而m1和c1的异或结果是36字节逻辑上是不正确的，因为按位异或要求两个操作数具有相同的长度 。但是，在Python中，较短的字节串会在其末尾用\x00（零字节）填充到与较长字节串相同的长度，然后再执行异或操作。

最后就写成了解题脚本：

from Crypto.Util.strxor import strxor

m1 = b'a'*36
c0 = bytes.fromhex('b99665ef4329b168cc1d672dd51081b719e640286e1b0fb124403cb59ddb3cc74bda4fd85dfc')
c1 = bytes.fromhex('a5c237b6102db668ce467579c702d5af4bec7e7d4c0831e3707438a6a3c818d019d555fc')

flag = strxor(c0[:-2],strxor(m1,c1))
flag = b"SE"+flag[::-1]
print(flag)
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