这里仅仅记录一些基础的概念。后期有需求进一步扩展。
RC4 是一种对称流加密算法,由罗恩·里维斯特(Ron Rivest)于1987年设计。RC4 的设计目的是提供一种简单且高效的加密方法。尽管 RC4 曾经广泛使用,但它的安全性在现代已受到质疑。
1、基本概念
- 对称加密:RC4 使用相同的密钥进行加密和解密。
- 流加密:RC4 将明文逐字节地与伪随机生成的字节流进行异或操作来生成密文。
2、工作流程
2.1密钥调度算法 (Key Scheduling Algorithm, KSA):
- 初始化一个长度为256的数组 S,数组的元素为0到255。
S[i] = i
- 使用密钥对数组 S 进行打乱。密钥可以是任意长度的字节串。
- 打乱过程涉及到遍历 S 数组,并根据密钥对 S 进行交换操作。
2.2 伪随机数生成算法 (Pseudo-Random Generation Algorithm, PRGA):
- 从初始化后的 S 数组生成伪随机字节流。
- 生成的伪随机流用于与明文进行异或操作,从而生成密文。
3、详细步骤
3.1 密钥调度算法 (KSA):
-
初始化数组 S:
plaintextS[i] = i (for i = 0 to 255)
-
初始化变量 j = 0。
-
对数组 S 进行打乱:
plaintextfor i = 0 to 255 j = (j + S[i] + K[i % 密钥长度]) % 256 swap S[i] with S[j] ```
3.2 伪随机数生成算法 (PRGA):
-
初始化变量 i = 0 和 j = 0。
-
生成伪随机字节流:
plaintexti = (i + 1) % 256 j = (j + S[i]) % 256 swap S[i] with S[j] K = S[(S[i] + S[j]) % 256]
-
使用 K 对明文进行异或操作生成密文。
3.4 加密与解密
加密和解密过程使用相同的步骤,因为 RC4 是对称加密算法。通过伪随机字节流的异或操作,明文可以加密成密文,密文可以解密回明文。
示例
假设密钥是 0x01 0x02 0x03 0x04
,明文是 0x10 0x20 0x30
:
- 使用密钥初始化数组 S。
- 生成伪随机字节流,例如 0xAB 0xCD 0xEF。
- 明文与伪随机字节流异或,得到密文 0xA9 0xED 0xDF。
- 通过相同的伪随机字节流,密文 0xA9 0xED 0xDF 经过异或操作恢复明文 0x10 0x20 0x30。
4、总结
- 密钥调度算法 (KSA):用密钥打乱一个初始数组。
- 伪随机数生成算法 (PRGA):使用打乱后的数组生成伪随机字节流。
- 加密/解密:将明文与伪随机字节流异或生成密文,反过来也是一样的。
RC4因其简单性和高效性被广泛使用,但其安全性在现代已经不再被推荐,尤其是当密钥长度不足或者使用不当时,可能会导致加密被破解。
5、python实现
py
def rc4_ksa(key):
"""密钥调度算法 (Key Scheduling Algorithm, KSA)"""
key_length = len(key)
S = list(range(256))
j = 0
for i in range(256):
j = (j + S[i] + key[i % key_length]) % 256
S[i], S[j] = S[j], S[i] # 交换 S[i] 和 S[j]
return S
def rc4_prga(S, data_length):
"""伪随机数生成算法 (Pseudo-Random Generation Algorithm, PRGA)"""
i = 0
j = 0
key_stream = []
for _ in range(data_length):
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]
key_stream.append(K)
return key_stream
def rc4_encrypt_decrypt(key, data):
"""RC4 加密和解密"""
S = rc4_ksa(key)
key_stream = rc4_prga(S, len(data))
return bytes([data[i] ^ key_stream[i] for i in range(len(data))])
# 示例用法
if __name__ == "__main__":
key = bytes([1, 2, 3, 4]) # 密钥
plaintext = bytes([16, 32, 48]) # 明文
# 加密
ciphertext = rc4_encrypt_decrypt(key, plaintext)
print("Ciphertext:", ciphertext)
# 解密
decrypted_plaintext = rc4_encrypt_decrypt(key, ciphertext)
print("Decrypted Plaintext:", decrypted_plaintext)