集团门户网站建设费用,网站订单系统模板,自己做的网站怎么查,免费网站入口RC4是一种广泛使用的流密码#xff0c;它以其简洁和速度而闻名。区别于块密码#xff0c;流密码特点在于按位或按字节来进行加密。
RC4由Ron Rivest在1987年设计#xff0c;尽管它的命名看起来是第四版#xff0c;实际上它是第一个对外发布的版本。
RC4算法的实施过程简洁…RC4是一种广泛使用的流密码它以其简洁和速度而闻名。区别于块密码流密码特点在于按位或按字节来进行加密。
RC4由Ron Rivest在1987年设计尽管它的命名看起来是第四版实际上它是第一个对外发布的版本。
RC4算法的实施过程简洁明了主要包括初始化和生成密钥流这两个阶段。
下面我们就一边解析算法一边分析其代码实现。
初始化
该阶段的核心任务是利用一个可变长度的密钥来初始化一张S盒即一个包含0至255所有字节的256长度数组。初始化步骤如下 初始填充S盒按顺序排列0至255的数值。 使用密钥对S盒进行置换。每个S盒中的元素都会根据密钥中的字节进行一定的交换。这个过程叫做密钥调度算法KSA。
说的形象一点就是在桌子上有256个小盒子从0到255编号初始时每个盒子里面的数字和它的编号一样。现在你开始根据密钥来交换这些盒子里面的数字直到所有的盒子都被重新排列。 经过多轮置换这256个数字的顺序就变得无规律。将此与洗牌对比虽然结果看似随机实则完全受密钥控制。
现在我们来看一下代码实现
private static void initAndPermute(char[] byteKey) {if (byteKey.length 256 || byteKey.length 1) {System.out.println(Key length must be between 1 to 256 chars);} else {// Creation of initial state and key byteskeylength byteKey.length;for (int i 0; i 256; i) {S[i] i;K[i] byteKey[i % keylength];}// Permuting state bytes based on values of key bytesint j 0;for (int i 0; i 256; i) {j (j S[i] K[i]) % 256;int temp S[i];S[i] S[j];S[j] temp;}}
}第一个 for 循环里面就是初始化 S 盒。我们还看到同时也给 K 数组赋值了这里说明了一个问题K 的长度大于 256 之后后面的其实没用所以我们的密钥不用写太长除非写一个变种算法。
看第二个循环j (j S[i] K[i]) % 256; 我们把它看成一个数学表达式 j f(i)这个表达式最终会生成一个 0-255 之间的一个数字 j然后将 i 与 j 位置进行交换这样就扰乱了 S 盒的数字顺序。 操作 (PRGA)
在操作阶段RC4生成伪随机流称为密钥流。这个密钥流会与明文按位异或来生成密文。同样将密钥流与密文按位异或可以得到原始明文。操作过程如下 初始化两个指针i和j都开始于0。 在每次操作中i递增1j加上S盒在i位置的值并使用新的j值来更新S盒中的元素位置。 选取i和j指向的两个元素将它们加起来并根据这个总和得到S盒中的某个元素作为密钥流的一部分。 重复此过程直到生成了足够长的密钥流可以与明文进行异或操作。
上面的步骤比较难以理解但是我们利用数学的思想来看
首先定义两个变量 i 与 j然后给它们赋值i f(i), j f(i, j) 然后再定义一个变量 keykey f2(i, j) 。这个key就是根据 S 盒生成的密钥流只要 S 的顺序固定那么生成的密钥流就是固定的。有了密钥流那么我们就可以与明文做异或操作。
看代码
private static char[] encryptRC4(char[] plainText) {char[] cipherText new char[plainText.length];int i 0;int j 0;int key;int plainTextLen 0;while (plainTextLen plainText.length) {// Key generationi (i 1) % 256;j (j S[i]) % 256;int temp S[i];S[i] S[j];S[j] temp;key S[(S[i] S[j]) % 256];// EncryptioncipherText[plainTextLen] (char) (plainText[plainTextLen] ^ key);plainTextLen;}return cipherText;
}有的小伙伴可能想得多一点既然是使用异或做操作那么加密算法其实就是解密算法
是的异或这个东西很神奇 x ^ y ^ y 还是 x。既然加密算法保证了 S 一定的情况下生成的 key 是一样的所以解密算法可以直接使用加密算法。
C 实现
#define N 256 // 2^8void swap(unsigned char *a, unsigned char *b) {int tmp *a;*a *b;*b tmp;
}int KSA(char *key, unsigned char *S) {int len strlen(key);int j 0;for(int i 0; i N; i)S[i] i;for(int i 0; i N; i) {j (j S[i] key[i % len]) % N;swap(S[i], S[j]);}return 0;
}int PRGA(unsigned char *S, char *plaintext, unsigned char *ciphertext) {int i 0;int j 0;for(size_t n 0, len strlen(plaintext); n len; n) {i (i 1) % N;j (j S[i]) % N;swap(S[i], S[j]);int rnd S[(S[i] S[j]) % N];ciphertext[n] rnd ^ plaintext[n];}return 0;
}int RC4(char *key, char *plaintext, unsigned char *ciphertext) {unsigned char S[N];KSA(key, S);PRGA(S, plaintext, ciphertext);return 0;
}
总结
RC4的好处是它很简单很快在没有密钥的情况下只能使用暴力破解。所以你的密钥很重要你得特别小心使用它。
