參考：

https://blog.csdn.net/huangyimo/article/details/82970903

RC4加密算法

RC4加密算法是Ron Rivest在1987年設(shè)計(jì)出的密鑰長(zhǎng)度可變的加密算法簇。起初該算法是商業(yè)機(jī)密，直到1994年，它才公諸于眾。RC4屬于對(duì)稱密碼算法中的序列密碼(stream cipher,流密碼)，它是可變密鑰長(zhǎng)度，面向字節(jié)操作的序列密碼。它是一種基于非線性數(shù)據(jù)表變換的序列密碼，它以一個(gè)足夠大的數(shù)據(jù)表為基礎(chǔ)，對(duì)表進(jìn)行非線性變換，產(chǎn)生非線性的序列密鑰。

RC4算法取n=8，使用2^n=2^8=256個(gè)字節(jié)構(gòu)成的S表和兩個(gè)字節(jié)指針（i，j）,總共需要258字節(jié)的存儲(chǔ)空間。

補(bǔ)：序列密碼（流密碼）：

流密碼也屬于對(duì)稱密碼，但與分組加密算法不同的是，流密碼不對(duì)明文數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，而是用密鑰生成與明文一樣長(zhǎng)短的密碼流對(duì)明文進(jìn)行加密，加解密使用相同的密鑰。也就是說(shuō)，RC4不是對(duì)明文進(jìn)行分組處理，而是字節(jié)流的方式依次加密明文中的每一個(gè)字節(jié)，解密的時(shí)候也是依次對(duì)密文中的每一個(gè)字節(jié)進(jìn)行解密。

一、RC4相關(guān)變量

介紹RC4算法的幾個(gè)關(guān)鍵變量：

?1）密鑰流：RC4算法的關(guān)鍵是根據(jù)明文和密鑰生成相應(yīng)的密鑰流，密鑰流的長(zhǎng)度和明文的長(zhǎng)度是對(duì)應(yīng)的，也就是說(shuō)明文的長(zhǎng)度是500字節(jié)，那么密鑰流也是500字節(jié)。當(dāng)然，加密生成的密文也是500字節(jié)，因?yàn)槊芪牡趇字節(jié)=明文第i字節(jié)^密鑰流第i字節(jié)；?

?2）狀態(tài)向量S：長(zhǎng)度為256，S[0],S[1].....S[255]。每個(gè)單元都是一個(gè)字節(jié)，算法運(yùn)行的任何時(shí)候，S都包括0-255的8比特?cái)?shù)的排列組合，只不過(guò)值的位置發(fā)生了變換；

?3）臨時(shí)向量T：長(zhǎng)度也為256，每個(gè)單元也是一個(gè)字節(jié)。如果密鑰的長(zhǎng)度是256字節(jié)，就直接把密鑰的值賦給T，否則，輪轉(zhuǎn)地將密鑰的每個(gè)字節(jié)賦給T；

4）密鑰K：長(zhǎng)度為1-256字節(jié)，注意密鑰的長(zhǎng)度keylen與明文長(zhǎng)度、密鑰流的長(zhǎng)度沒(méi)有必然關(guān)系，通常密鑰的長(zhǎng)度16字節(jié)（128比特）。

二、RC4：KSA+PRGA

1、密鑰調(diào)度算法KSA（Key Scheduling Algorithm）:

例如：RC４取n＝8，使用2^8＝256個(gè)字節(jié)，加上i，j兩個(gè)字節(jié)＝＝258個(gè)字節(jié)

*KSA作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)原始數(shù)據(jù)的隨機(jī)化排序---打亂S表，由輸入的隨機(jī)密鑰K（典型長(zhǎng)度為64或128比特）生成一個(gè)元素0，1.….N-1組成的初始排列S{0，1…，N-1}，N一般為256；KSA的算法如圖所示。

2、 偽隨機(jī)密鑰序列生成算法PRGA（Pseudo-Random Generation-Algorithm）:

*PRGA作用是隨機(jī)選取數(shù)據(jù)作為密鑰字節(jié)---輸出密鑰流，PRGA借由KSA產(chǎn)生的S生成偽隨機(jī)密鑰序列Z[i]。

注：RC4序列密碼算法即密鑰產(chǎn)生算法；加密僅僅為明文密鑰模2相加。

三、RC4的加密流程

1）初始化S和T

根據(jù)秘鑰生成S盒；

初始化S盒：直接構(gòu)造一個(gè)S[256]，遍歷0-255，然后創(chuàng)建臨時(shí)T[256]，用于存儲(chǔ)種子秘鑰，長(zhǎng)度不夠循環(huán)填充直到T被填滿，根據(jù)T[i]將S[i]與S中的另外一個(gè)字節(jié)對(duì)換，對(duì)S的操作僅僅是交換，唯一改變的是位置，但里面的元素是沒(méi)變的還是0-255；

????????????????????????for i=0 to 255 do

?????????????????????????? S[i]=i;

?????????????????????????? T[i]=K[ I mod keylen ];

2）初始排列S

????????????????????????j=0;

????????????????????????for i=0 to 255 do

?????????????????????????? j= ( j+S[i]+T[i])mod256;

?????????????????????????? swap(S[i],S[j]);

3）產(chǎn)生密鑰流

由于異或運(yùn)算的對(duì)合性，RC4加密解密使用同一套算法:

????????????????????????i,j=0;

????????????????????????for r=0 to len do? //r為明文長(zhǎng)度，r字節(jié)

?????????????????????????? i=(i+1) mod 256;

?????????????????????????? j=(j+S[i])mod 256;

?????????????????????????? swap(S[i],S[j]);

?????????????????????????? t=(S[i]+S[j])mod 256;

?????????????????????????? k[r]=S[t];

四、RC4特點(diǎn)

?RC4算法采用的是OFB(輸出反饋工作方式)，所以可以用一個(gè)短的密鑰產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的密鑰序列。OFB方式的最大的優(yōu)點(diǎn)是消息如果發(fā)生錯(cuò)誤(這里指的是消息的某一位發(fā)生了改變，而不是消息的某一位丟失)，錯(cuò)誤不會(huì)傳遞到產(chǎn)生的密鑰序列上；缺點(diǎn)是對(duì)插入攻擊很敏感，并且對(duì)同步的要求比較高。

1)RC4算法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。

2)算法運(yùn)行速度快，加密速度快；RC4的執(zhí)行速度相當(dāng)快，它大約是分塊密碼算法DES的5倍，是3DES的15倍，且比高級(jí)加密算法AES也快很多。

3)密鑰長(zhǎng)度可變，可變范圍為1-256字節(jié)(8-2048比特)，一般用256個(gè)字節(jié)。

4)安全性：RC4有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的每一個(gè)狀態(tài)，產(chǎn)生一個(gè)密鑰字符，由于S表有256個(gè)字節(jié)元素，可能的排列有256！，約為2的1600次冪，因此可以抵抗窮舉攻擊。算法安全性比較高，RC4的安全保證主要在于輸入密鑰的產(chǎn)生途徑，只要在這方面不出現(xiàn)漏洞，采用128bit的密鑰是非常安全的。在如今技術(shù)支持的前提下，當(dāng)密鑰長(zhǎng)度為128比特時(shí)，用暴力法搜索密鑰已經(jīng)不太可行，所以可以預(yù)見(jiàn)RC4的密鑰范圍仍然可以在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里抵御暴力搜索密鑰的攻擊。實(shí)際上，如今也沒(méi)有找到對(duì)于128bit密鑰長(zhǎng)度的RC4加密算法的有效攻擊方法。

五、RC4應(yīng)用

Windows、Lotus Notes等軟件系統(tǒng)；

SSL、TSL、WEP等協(xié)議；

APICloud；

補(bǔ)：RC5！

注：

如有錯(cuò)誤、侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系筆者更改刪除！！！

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的RC4算法的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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