47、RC4密钥调度后排列揭示密钥的分析

RC4密钥调度后排列揭示密钥的分析

1. 引言

自RC4算法诞生已有二十年。尽管之后出现了多种其他流密码算法，但RC4因其简单性、易实现性、速度和效率，仍是最流行且最常用的流密码算法。它广泛应用于安全套接层（SSL）等协议中，用于保护互联网流量，还被集成到微软Windows、莲花Notes、苹果AOCE、甲骨文安全SQL等系统中。尽管该算法能用不到十行代码描述，但多年来其优缺点一直备受关注。本文将详细研究RC4的密钥调度算法（KSA），并探讨其对RC4安全性的影响。

2. RC4基础回顾

RC4流密码由Ron Rivest于1987年为RSA数据安全公司设计，直到1994年才成为公开算法。它使用一个长度为N（通常N = 256）的S盒S = (S[0], …, S[N - 1])，每个位置为8位。S初始化为恒等排列，即S[i] = i（0 ≤ i ≤ N - 1）。使用一个长度为l字节（通常5 ≤ l ≤ 16）的密钥来打乱这个排列。一个数组K = (K[0], …, K[N - 1])用于存储密钥，每个位置为8位，密钥会在数组K的密钥长度边界处重复。

RC4密码有两个组成部分：密钥调度算法（KSA）和伪随机生成算法（PRGA）。KSA将随机密钥K转换为0到N - 1的排列S，PRGA使用这个排列生成伪随机密钥流字节。在发送端，密钥流输出字节z与消息字节进行异或运算生成密文字节；在接收端，z再次与密文字节异或得到原始消息字节。

相关的加法运算通常是模N加法，除非另有说明。

KSA算法 ：

初始