RC4

介绍

对于RC4，它是一种对称加密算法，并且它是一种流密码，它的明文和密钥流一样长，密钥的话，长度可以为1~256。但是密钥过短的话，会大大降低安全性,因此建议最少使用128位的密钥进行加密，否则密钥流会重复，造成随机性变低。

流密码是一个明文字节对应一个密钥字节进行异或操作进行加密。解密的话也是同样如此，如果一个明文进行两次异或会得到它本身(如果不会的话，可以取了解一下异或的操作)。

RC4的相关变量

**1.**密钥流:明文的长度和密钥流的长度是相对应的，例如明文长500字节，那么密钥流也会长500字节。密钥流的生成取决于密钥。如果密钥小于明文的长度，那么就会循环补充，直至密钥流长度达到明文长度。例: key=’123’,明文长500，那么key_stream=’123123…..’，这个长度和明文的长度相同。

2.状态向量S:s[i]=i,初始的S盒是S[0] = 0 , S[1] = 1 .....S[n]=n

3.临时向量T:T[i] = K [i mod keylen](这个keylen的长度等于密钥的长度，而不是密钥流的长度)

KSA算法

首先生成S盒，这个S盒是初始的,可以参考一下上一个状态向量S, 接着生成T临时向量，也可以参考一下上面的。

对于明文长度为n的时候，初始j = 0，然后对i进行0到n-1的遍历。计算j = (j + S[i] + S[j]) mod n ,然后进行S[i]和S[j]的值进行互换。

PRGA算法

对于经过KSA算法得到的S盒，把i和j初始化为 0 ,对r = 0 进行0~n-1的遍历。

i = (i+1) mod n j = (j+1) mod n ，每循环一次就要进行S[i]和S[j]值的互换。其中t=[S[i] + S[j]] mod n

K[r] = S[t].得到长度为n的密钥流。

对明文进行加密和解密

因为明文长度等于密钥流长度，则可进行每一位相互对应异或

密文(c) = key ^ m

明文(m) = key ^ c

总结

RC4特点

1.RC4算法简单，易于实现。

2.算法运行速度快，便于运算

3.密钥的长度可变，明文的长度为n,则密钥的长度为1~n

RC4代码实现

def KSA(key):
    """
    密钥调度算法
    """
    key_len = len(key)
    S = list(range(256))
    j = 0
    for i in range(256):
        j = (j + S[i] + key[i % key_len]) % 256
        S[i], S[j] = S[j], S[i]  # 交换S[i]和S[j]
    return S


def PRGA(S, data):
    """
    伪随机子密码生成算法
    """
    i = 0
    j = 0
    key = []
    for byte in data:
        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.append(k ^ byte)
    return bytes(key)


def RC4(key, data):
    """
    RC4加密和解密函数
    """
    S = KSA(key)
    return PRGA(S, data)


# 示例：使用RC4算法加密和解密字符串
key = b'abcdefghijklmnop'
data = b'hello world'
# key=input()
# data=input()
# key=key.encode('utf-8')   
# data=data.encode('utf-8')
# 这里为可选择自己想要输入的明文和密钥
encrypted = RC4(key, data)
print('加密结果:', encrypted)
decrypted = RC4(key, encrypted)
print('解密结果:', decrypted)
# 加密结果: b'\xc4\xa5/\xb1\xddf\x88t\x00\x8b['
# 解密结果: b'hello world'

逻辑思维图

这个仅针对这个算法看完之后还有些模糊，可以来看一下这个