简介

密码类型：对称加密密码、面向字节操作的流密码
密钥：1-256字节（长度可变）
明文：1字节
密文：1字节
图片描述

RC4于1987年提出，和DES算法一样，是一种对称加密算法，也就是说使用的密钥为单钥（或称为私钥）。但不同于DES的是，RC4不是对明文进行分组处理，而是字节流的方式依次加密明文中的每一个字节，解密的时候也是依次对密文中的每一个字节进行解密。

密钥生成流程

图片描述
RC4算法主要包括两个部分：1）使用 key-scheduling algorithm (KSA) 算法根据用户输入的秘钥 key 生成 S 盒；2）使用 Pseudo-random generation algorithm (PRGA) 算法生成秘钥流用于加密数据。

KSA

KSA算法初始化长度为 256 的 S 盒。
第一个 for 循环将 0 到 255 的互不重复的元素装入 S 盒；
第二个 for 循环根据密钥打乱 S 盒。

for i from 0 to 255
    S[i] := i
endfor
j := 0
for i from 0 to 255
    j := (j + S[i] + key[i mod keylength]) mod 256
    swap values of S[i] and S[j]
endfor

PRGA

Pseudo-random generation algorithm (PRGA) 算法根据 S 盒生成与明文长度相同的秘钥流，使用秘钥流加密明文。秘钥流的生成如下图所示：
图片描述
循环体中每收到一个字节，a 和 b 定位S盒中的一个元素，并与输入字节异或，得到密文 k；同时，c 还改变了 S 盒。

i := 0
j := 0
while GeneratingOutput:
    i := (i + 1) mod 256  // a
    j := (j + S[i]) mod 256 // b
    swap(S[i],S[j])  // c
    K := inputByte ^ S[(S[i] + S[j]) mod 256] // d
    output K
endwhile

加密与解密

由于异或运算的特性，使得加密与解密过程一致。如果输入的是明文，输出的就是密文；如果输入的是密文，输出的就是明文。

C实现详细RC4算法

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
 
void swap(unsigned char *a, unsigned char *b) {
  unsigned char t = *a;
  *a = *b;
  *b = t;
}
 
void rc4KSA(unsigned char *s, const unsigned char *key, int len) {
    for (int i = 0; i < 256; i++) s[i] = i;
    int j = 0;
    for (int i = 0; i < 256; i++ ) {
        j = (j + s[i] + *(key + i % len)) % 256;
        swap(s + i, s + j);
    }
}
 
void rc4PRGA(unsigned char *s, char *data, size_t len) {
    int i = 0;
    int j = 0;
    for ( size_t idx = 0; idx < len; idx++ ) {
        i = (i + 1) % 256;
        j = (j + s[i]) % 256;
        swap(s + i, s + j);
        unsigned char k = s[(s[i] + s[j]) % 256];
        data[idx] ^= k;  // k是伪随机数，和明文进行XOR进行加密
    }
}
 
int main(int argc, const char * argv[]) {
  unsigned char s[256]; // S-box
  unsigned char key[128]; // key的长度1到256字节，本例子使用128字节
  arc4random_buf((unsigned char *)key, sizeof(key)); // 用伪随机数算法生成key
  char data[1000] = "这里是要机密的数据";
 
  // 加密
  rc4KSA(s, key, sizeof(key));
  rc4PRGA(s, data, strlen(data));
 
  // 解密
  rc4KSA(s, key, sizeof(key));
  rc4PRGA(s, data, strlen(data));
  return 0;
}

使用python进行RC4加解密

from Crypto.Cipher import ARC4
 
def encrypt(message, key):
    des = ARC4.new(key)
    cipher_text = des.encrypt(message)
    return cipher_text
 
def decrypt(cipher_text, key):
    des3 = ARC4.new(key)
    message = des3.decrypt(cipher_text)
    return message
 
if __name__ == "__main__":
    key = "0123456789abcdef"
    message = "www.biaodianfu.com"
    cipher_text = encrypt(message, key)
    print(cipher_text.hex().upper())
    message = decrypt(cipher_text, key)
print(message.decode("utf-8"))