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RC4加密解密算法原理与完整源代码实例演示

来源: 互联网 作者:匿名 发表日期: 2013-3-27 21:26:20 阅读次数: 15116 查看权限: 普通文章

RC4加密算法

RC4加密算法是大名鼎鼎的RSA三人组中的头号人物Ron Rivest在1987年设计的密钥长度可变的流加密算法簇。之所以称其为簇,是由于其核心部分的S-box长度可为任意,但一般为256字节。该算法的速度可以达到DES加密的10倍左右,且具有很高级别的非线性。RC4起初是用于保护商业机密的。但是在1994年9月,它的算法被发布在互联网上,也就不再有什么商业机密了。RC4也被叫做ARC4(Alleged RC4——所谓的RC4),因为RSA从来就没有正式发布过这个算法。

原理

RC4算法的原理很简单,包括初始化算法(KSA)和伪随机子密码生成算法(PRGA)两大部分。假设S-box的长度为256,密钥长度为Len。先来看看算法的初始化部分(用C代码表示):
其中,参数1是一个256长度的char型数组,定义为: unsigned char sBox[256];
参数2是密钥,其内容可以随便定义:char key[256];
参数3是密钥的长度,Len = strlen(key);
void rc4_init(unsigned char *s, unsigned char *key, unsigned long Len)
{
int i =0, j = 0, k[256] = {0};
unsigned char tmp = 0;
for(i=0;i<256;i++)
{
s[i]=i;
k[i]=key[i%Len];
}
for (i=0; i<256; i++)
{
j=(j+s[i]+k[i])%256;
tmp = s[i];
s[i] = s[j];     //交换s[i]和s[j]
s[j] = tmp;
}
}
在初始化的过程中,密钥的主要功能是将S-box搅乱,i确保S-box的每个元素都得到处理,j保证S-box的搅乱是随机的。而不同的S-box在经过伪随机子密码生成算法的处理后可以得到不同的子密钥序列,将S-box和明文进行xor运算,得到密文,解密过程也完全相同。
再来看看算法的加密部分(用C代码表示):
其中,参数1是上边rc4_init函数中,被搅乱的S-box;
参数2是需要加密的数据data;
参数3是data的长度.
void rc4_crypt(unsigned char *s, unsigned char *Data, unsigned long Len)
{
int x = 0, y = 0, t = 0, i = 0;
unsigned char tmp;
for(i=0;i<Len;i++)
{
x=(x+1)%256;
y=(y+s[x])%256;
tmp = s[x];
s[x] = s[y];     //交换s[x]和s[y]
s[y] = tmp;
t=(s[x]+s[y])%256;
Data[i] ^= s[t];
}
}
最后,在main函数中,调用顺序如下:
void main()
{
unsigned char s[256] = {0};//S-box
char key[256] = {"just for test"};
char pData[512] = "这是一个用来加密的数据Data";
ULONG len = strlen(pData);
printf("pData = %s\n",pData);
printf("key = %s, length = %d\n",key,strlen(key));
rc4_init(s,(unsigned char *)key,strlen(key));//初始化
rc4_crypt(s,(unsigned char *)pData,len);//加密
printf("pData = %s\n\n",pData);
rc4_crypt(s,(unsigned char *)pData,len);//解密
printf("pData = %s\n\n",pData);
}
因此最终的完整程序是:
//程序开始
#include<stdio.h>
#include<string.h>
typedef unsigned long ULONG;
void rc4_init(unsigned char *s, unsigned char *key, unsigned long Len) //初始化函数
{
int i =0, j = 0;
char k[256] = {0};
unsigned char tmp = 0;
for(i=0;i<256;i++)
{
s[i]=i;
k[i]=key[i%Len];
}
for (i=0; i<256; i++)
{
j=(j+s[i]+k[i])%256;
tmp = s[i];
s[i] = s[j]; //交换s[i]和s[j]
s[j] = tmp;
}
}
void rc4_crypt(unsigned char *s, unsigned char *Data, unsigned long Len) //加解密
{
int i = 0, j = 0, t = 0;
unsigned long k = 0;
unsigned char tmp;
for(k=0;k<Len;k++)
{
i=(i+1)%256;
j=(j+s[i])%256;
tmp = s[i];
s[i] = s[j]; //交换s[x]和s[y]
s[j] = tmp;
t=(s[i]+s[j])%256;
Data[k] ^= s[t];
}
}
void main()
{
unsigned char s[256] = {0},s2[256] = {0};    //S-box
char key[256] = {"just for test"};
char pData[512] = "这是一个用来加密的数据Data";
ULONG len = strlen(pData);
printf("pData = %s\n",pData);
printf("key = %s, length = %d\n\n",key,strlen(key));
rc4_init(s,(unsigned char *)key,strlen(key));   //已经完成了初始化
printf("完成对S[i]的初始化,如下:\n\n");
for (int i=0; i<256; i++)
{
printf("%-3d ",s[i]);
}
printf("\n\n");
for(i=0;i<256;i++)//用s2[i]暂时保留经过初始化的s[i],很重要的!!!
{
s2[i]=s[i];
}
printf("已经初始化,现在加密:\n\n");
rc4_crypt(s,(unsigned char *)pData,len);//加密
printf("pData = %s\n\n",pData);
printf("已经加密,现在解密:\n\n");
rc4_init(s,(unsigned char *)key, strlen(key));   //初始化密钥
rc4_crypt(s2,(unsigned char *)pData,len);//解密
printf("pData = %s\n\n",pData);
}
//程序完

漏洞

由于RC4算法加密是采用的xor,所以,一旦子密钥序列出现了重复,密文就有可能被破解。关于如何破解xor加密,请参看Bruce Schneier的Applied Cryptography一书的1.4节Simple XOR,在此我就不细说了。那么,RC4算法生成的子密钥序列是否会出现重复呢?由于存在部分弱密钥,使得子密钥序列在不到100万字节内就发生了完全的重复,如果是部分重复,则可能在不到10万字节内就能发生重复,因此,推荐在使用RC4算法时,必须对加密密钥进行测试,判断其是否为弱密钥。其不足主要体现于,在无线网络中IV(初始化向量)不变性漏洞。
而且,根据目前的分析结果,没有任何的分析对于密钥长度达到128位的RC4有效,所以,RC4是目前最安全的加密算法之一,大家可以放心使用!
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