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RC4加密解密算法说明
2019-11-20 07:19 评论:0 阅读:617 lvhahaha
加密解密 RC4

RC4是一种对称密码算法,它属于对称密码算法中的序列密码(streamcipher,也称为流密码),它是可变密钥长度,面向字节操作的流密码。

RC4是流密码streamcipher中的一种,为序列密码。RC4加密算法是Ron Rivest在1987年设计出的密钥长度可变的加密算法簇。起初该算法是商业机密,直到1994年,它才公诸于众。由于RC4具有算法简单,运算速度快,软硬件实现都十分容易等优点,使其在一些协议和标准里得到了广泛应用。

流密码也属于对称密码,但与分组加密算法不同的是,流密码不对明文数据进行分组,而是用密钥生成与明文一样长短的密码流对明文进行加密,加解密使用相同的密钥。

RC4算法特点:(1)、算法简洁易于软件实现,加密速度快,安全性比较高;(2)、密钥长度可变,一般用256个字节。

对称密码算法的工作方式有四种:电子密码本(ECB, electronic codebook)方式、密码分组链接(CBC, cipherblock chaining)方式、密文反馈(CFB, cipher-feedback)方式、输出反馈(OFB, output-feedback)方式。

RC4算法采用的是输出反馈工作方式,所以可以用一个短的密钥产生一个相对较长的密钥序列。

     OFB方式的最大的优点是消息如果发生错误(这里指的是消息的某一位发生了改变,而不是消息的某一位丢失),错误不会传递到产生的密钥序列上;缺点是对插入攻击很敏感,并且对同步的要求比较高。

     RC4的执行速度相当快,它大约是分块密码算法DES的5倍,是3DES的15倍,且比高级加密算法AES也快很多。RC4算法简单,实现容易。RC4的安全保证主要在于输入密钥的产生途径,只要在这方面不出现漏洞,采用128bit的密钥是非常安全的。

     RC4算法加密流程:包括密钥调度算法KSA和伪随机子密码生成算法PRGA两大部分(以密钥长度为256个字节为例)。

     密钥调度算法:首先初始化状态矢量S,矢量S中元素的值被按升序从0到255排列,即S[0]=00, S[1]=1, …, S[255]=255.同时建立一个临时矢量T,如果密钥K的长度为256字节,则将K赋给T。否则,若密钥长度为keylen字节,则将K的值赋给T的前keylen个元素,并循环重复用K的值赋给T剩下的元素,直到T的所有元素都被赋值。

在介绍RC4算法原理之前,先看看算法中的几个关键变量:

   1、密钥流:RC4算法的关键是根据明文和密钥生成相应的密钥流,密钥流的长度和明文的长度是对应的,也就是说明文的长度是500字节,那么密钥流也是500字节。当然,加密生成的密文也是500字节,因为密文第i字节=明文第i字节^密钥流第i字节;

   2、状态向量S:长度为256,S[0],S[1].....S[255]。每个单元都是一个字节,算法运行的任何时候,S都包括0-255的8比特数的排列组合,只不过值的位置发生了变换;

   3、临时向量T:长度也为256,每个单元也是一个字节。如果密钥的长度是256字节,就直接把密钥的值赋给T,否则,轮转地将密钥的每个字节赋给T;

   4、密钥K:长度为1-256字节,注意密钥的长度keylen 与明文长度、密钥流的长度没有必然关系,通常密钥的长度趣味16字节(128比特)。

RC4的原理分为三步:

1、初始化S和T

for i=0 to 255 do

S[i] =i;

T[i]=K[ imodkeylen ];

2、初始排列S

for i=0 to 255 do

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

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

3、产生密钥流

for r=0 to len do //r为明文长度,r字节

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];

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