RC4加密算法

什么是RC4加密算法

RC4（来自Rivest Cipher 4的缩写）是一种流行的对称加密算法，它使用相同的密钥进行加密和解密操作。在对称加密算法中，加密密钥和解密密钥是相同的，因此也被称为秘密密钥算法或单密钥算法。RC4算法的特点是算法简单，运行速度快，且密钥长度可变，范围在1到256字节之间，这使得它在现代技术支持下能够抵御暴力搜索密钥的攻击。在如今技术支持的前提下，当密钥长度为128比特时，用暴力法搜索密钥已经不太可行，所以可以预见RC4的密钥范围任然可以在今后相当长的时间里抵御暴力搜索密钥的攻击。

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，而是以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。

加密（解密）原理

RC4由伪随机数生成器和异或运算组成。RC4的密钥长度可变，范围是[1,255]。RC4一个字节一个字节地加解密。给定一个密钥，伪随机数生成器接受密钥并产生一个S盒。S盒用来加密数据，而且在加密过程中S盒会变化。

原文和密钥流（Keystream）进行异或得到密文，密文和密钥流（Keystream）进行异或得到原文。

RC4加密原理很简单，只需要一个KeyStream与明文进行异或即可，密钥流的长度和明文的长度是对应的。RC4算法的的主要代码还是在于如何通过密钥key生成秘钥流（生成密钥流在加密过程中）。

加密过程

1.初始化

Step1：对S表（Sbox，其实就是一个数组)进行线性填充，一般为256字节；

Step2：用种子密钥（key）填充另一个256字节的T表（Tbox，也是一个数组），若key大于256字节则只取前256个字节，若小于256字节则循环填充；

Step3：对T表和S表进行初始置换，交换s[i]与s[j] ，i 从0开始一直到255下标结束.，j是 s[i]与T[i]组合得出的下标。

2.密钥流的生成

为每个待加密的字节生成一个伪随机数，用来异或。

遍历数据，将数据与S盒进行异或加密,而在此之前还需要交换一次S盒的数据，交换完之后 再把s[i] + s[j]的组合当做下标再去异或。

代码实现（python）

# -*- coding: utf-8 -*-
import base64
 
def get_message():
	print("输入你的信息： ")
	s=input()
	return s
 
def get_key():
	print("输入你的密钥： ")
	key=input()
	if key=='':
		key="不要输入空的 key 值"
	return key
 
def init_box(key):
	"""
	S盒
	"""
	s_box=list(range(256))	#我这里没管秘钥小于256的情况，小于256应该不断重复填充即可，这里完成了 C 实现中的 for(i=0;i<256;i++) prc4->s_box[i] = i;
	j=0
	for i in range(256):
		j=(j+s_box[i] + ord(key[i % len(key)])) % 256	#这里把 C 实现中的 prc4->t_box[i] = key[i % keylen];和j=(j+prc4->s_box[i]+prc4->t_box[i])%256;合并在了一起。
		s_box[i],s_box[j] = s_box[j],s_box[i]
	#print(type(s_box)) #可以输出 s_box 来看是否随机混乱的
	return s_box
 
def ex_encrypt(plain,box,mode):
	"""
    利用PRGA生成秘钥流并与密文字节异或，加解密同一个算法
    """
	if mode == '2':
		while True:
			c_mode=input("输入你的解密模式：base64 or ordinary\n")
			if c_mode == 'base64':
				plain=base64.b64decode(plain)
				plain=bytes.decode(plain)				#因为返回的是解码过的  bytes，所以需要再用 decode 解码成字符串。
				break
			elif c_mode == 'ordinary':
				break
			else:
				print("输入不合法，请重新输入")
				continue
	
	res=[]
	i=j=0
	for s in plain:						#与 C 实现无太大差异
		i=(i+1)%256
		j=(j+box[i])%256
		box[i],box[j]=box[j],box[i]
		t=(box[i]+box[j]) % 256
		k=box[t]
		res.append(chr(ord(s)^k))
 
	cipher="".join(res)
    #print(cipher)
 
#根据选择进行输出，至于是明文还是密文得看用户决定
	if mode == '1':
        # 化成可视字符需要编码
		print("加密后的输出（没经过任何编码）")
		print(cipher)
        # base64的目的也是为了变成可见字符
		print("base64后的编码")
		print(str(base64.b64encode(cipher.encode('utf-8')),'utf-8'))
	if mode == '2':
		print("解密后的密文")
		print(cipher)
 
def get_mode():
	print("请选择加密或者解密")
	print("1.Encrypt")
	print("2.Decrypt")
 
	mode = input()
 
	if mode == '1':			#加密解密虽同源，但是由于不能直接用 =='1' or '2'，所以还是得分开写
		message = get_message()
		key = get_key()
		box = init_box(key)
		ex_encrypt(message,box,mode)
	elif mode == '2':			#由于异或运算的对合性，RC4加密解密使用同一套算法。
		message = get_message()
		key = get_key()
		box = init_box(key)
		ex_encrypt(message,box,mode)
	else:
		print("输入有误！ ")
 
if __name__ == '__main__':
	while True:
		get_mode()

注：代码是沐一 · 林文章的。