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一、对称加密介绍
RC4属于对称加密算法,不知道什么是对称加密的小伙伴请看这篇文章:https://blog.youkuaiyun.com/thy525/article/details/147700959
二、RC4算法简介
RC4(Rivest Cipher 4)是一种由Ron Rivest于1987年设计的流加密算法,属于对称加密体系。其核心特点是通过伪随机数生成器(PRNG)与明文逐字节异或实现加密,解密过程完全相同。该算法曾广泛应用于SSL/TLS、WEP/WPA等协议,但因安全性问题(如密钥流相关性、弱密钥攻击)逐渐被淘汰,但在某些旧系统或特定场景中仍可见其身影。
相关参数定义 :
-
密钥(Key)
- 密钥长度可变,范围为1-256字节(8-2048比特)。
- 密钥通过KSA(密钥调度算法)生成初始置换表(S盒),直接影响加密安全性。
-
密钥位数
- 推荐使用至少128位(16字节)密钥以抵御暴力破解。
-
初始向量(IV)
- RC4 算法本身不需要初始向量,但是还是可以设置初始向量的。初始向量通常用于分组加密算法,以增加加密的随机性和安全性。而 RC4 是流加密算法,它通过密钥流生成器生成一个与明文长度相同的密钥流,然后将密钥流与明文进行异或运算得到密文。
-
加密模式
- RC4为流密码,无分组模式(如CBC、GCM),直接对字节流操作。
-
填充方式
- 不需要填充(Padding),因RC4逐字节处理,明文与密文长度一致。
三、RC4加密解密原理
1. 密钥调度算法(KSA)
KSA的作用是初始化一个长度为256的S盒,S盒是一个包含0到255的排列数组。具体步骤如下:
- 初始化S盒,S[i] = i,其中i从0到255。
- 初始化一个长度为256的T数组,将密钥循环填充到T数组中。
- 初始化一个变量j = 0。
- 对于i从0到255,执行以下操作:
- j = (j + S[i] + T[i]) % 256。
- 交换S[i]和S[j]的值。
2. 伪随机数生成算法(PRGA)
PRGA的作用是生成与明文长度相同的密钥流。具体步骤如下:
- 初始化i = 0,j = 0。
- 对于每一个要加密或解密的字节,执行以下操作:
- i = (i + 1) % 256。
- j = (j + S[i]) % 256。
- 交换S[i]和S[j]的值。
- t = (S[i] + S[j]) % 256。
- 从S盒中取出S[t]作为密钥流的一个字节。
3. 加密和解密过程
加密和解密过程是相同的,都是将明文或密文与密钥流进行异或运算。具体步骤如下:
- 对明文或密文的每一个字节,从密钥流中取出一个对应的字节。
- 将明文或密文的字节与密钥流的字节进行异或运算,得到密文或明文。
四、快速识别RC4加密的方法
4.1 密文长度判断
由于 RC4 是流加密算法,密文的长度与明文的长度相同。如果密文长度与明文长度一致,且没有明显的分组特征(如分组长度固定),则有可能是使用了流加密算法,包括 RC4。
4.2 验证密文字符集
RC4 加密后的密文通常是二进制数据,没有明显的字符集特征。如果密文包含大量随机的二进制数据,而不是可识别的文本字符集(如 ASCII、UTF-8 等),则有可能是经过加密处理的,包括 RC4 加密。
4.3 代码特征识别
KSA阶段:
-
存在长度为256的循环,对
S
数组进行置换。// 初始化S盒,将S[i]初始化为i,其中i从0到255 for (let i = 0; i < 256; i++) { s[i] = i; }
PRGA阶段:
-
存在两个指针
i
和j
的更新逻辑:// 更新i的值,使用模运算确保i在0到255之间 i = (i + 1) % 256; // 根据S[i]更新j的值,使用模运算确保j在0到255之间 j = (j + s[i]) % 256;
-
密钥流生成:
// 用于从S盒中取出密钥流的一个字节 s[(s[i] + s[j]) % 256]
总结:在代码实现中,RC4 算法通常会包含密钥调度算法(KSA)和伪随机数生成算法(PRGA)的实现。如果代码中出现了对 S 盒的初始化和交换操作,以及通过异或运算进行加密和解密的代码,那么很可能是使用了 RC4 算法。
五、代码实现
5.1 JavaScript原生实现RC4加密解密
// 定义RC4加密和解密函数,因为加密和解密使用相同的操作
function rc4(key, plaintext) {
// 初始化S盒,S盒是一个长度为256的数组
let s = [];
// 初始化索引变量j
let j = 0;
// 用于交换S盒元素时的临时变量
let x;
// 存储加密或解密后的结果
let result = '';
// 初始化S盒,将S[i]初始化为i,其中i从0到255
for (let i = 0; i < 256; i++) {
s[i] = i;
}
// 密钥调度算法(KSA),用于打乱S盒的顺序
for (let i = 0; i < 256; i++) {
// 根据密钥更新j的值,使用模运算确保j在0到255之间
j = (j + s[i] + key.charCodeAt(i % key.length)) % 256;
// 交换S[i]和S[j]的值
x = s[i];
s[i] = s[j];
s[j] = x;
}
// 伪随机数生成算法(PRGA),用于生成与明文长度相同的密钥流
let i = 0;
j = 0;
for (let k = 0; k < plaintext.length; k++) {
// 更新i的值,使用模运算确保i在0到255之间
i = (i + 1) % 256;
// 根据S[i]更新j的值,使用模运算确保j在0到255之间
j = (j + s[i]) % 256;
// 交换S[i]和S[j]的值
x = s[i];
s[i] = s[j];
s[j] = x;
// 计算t的值,用于从S盒中取出密钥流的一个字节
let t = (s[i] + s[j]) % 256;
// 将明文的一个字节与密钥流的一个字节进行异或运算,得到加密或解密后的结果
result += String.fromCharCode(plaintext.charCodeAt(k) ^ s[t]);
}
// 返回加密或解密后的结果
return result;
}
// 示例使用
// 定义密钥
let key = "secretkey";
// 定义明文
let plaintext = "Hello, World!";
// 调用rc4函数进行加密
let ciphertext = rc4(key, plaintext);
// 调用rc4函数进行解密
let decryptedText = rc4(key, ciphertext);
console.log("明文: ", plaintext);
console.log("明文长度: ", plaintext.length);
console.log("密文: ", ciphertext);
console.log("密文长度: ", ciphertext.length);
console.log("解密后的明文: ", decryptedText);
运行结果:
明文: Hello, World!
明文长度: 13
密文: íͰp#µGÞ'à£
密文长度: 13
解密后的明文: Hello, World!
5.2 Python原生实现 RC4加密解密
def rc4(key, plaintext):
# 初始化S盒
s = list(range(256))
j = 0
# 密钥调度算法(KSA),用于打乱S盒的顺序
for i in range(256):
# 根据密钥更新j的值,使用模运算确保j在0到255之间
j = (j + s[i] + ord(key[i % len(key)])) % 256
# 交换S[i]和S[j]的值
s[i], s[j] = s[j], s[i]
# 伪随机数生成算法(PRGA),用于生成与明文长度相同的密钥流
i = 0
j = 0
result = []
for char in plaintext:
# 更新i的值,使用模运算确保i在0到255之间
i = (i + 1) % 256
# 根据S[i]更新j的值,使用模运算确保j在0到255之间
j = (j + s[i]) % 256
# 交换S[i]和S[j]的值
s[i], s[j] = s[j], s[i]
# 计算t的值,用于从S盒中取出密钥流的一个字节
t = (s[i] + s[j]) % 256
# 将明文的一个字节与密钥流的一个字节进行异或运算,得到加密或解密后的结果
result.append(chr(ord(char) ^ s[t]))
return ''.join(result)
# 示例使用
# 定义密钥
key = "secretkey"
# 定义明文
plaintext = "Hello, World!"
# 调用rc4函数进行加密
ciphertext = rc4(key, plaintext)
# 调用rc4函数进行解密
decrypted_text = rc4(key, ciphertext)
print("明文: ", plaintext)
print("明文长度: ", len(plaintext))
print("密文: ", ciphertext)
print("密文长度: ", len(ciphertext))
print("解密后的明文: ", decrypted_text)
运行结果:
明文: Hello, World!
明文长度: 13
密文: íͰp#µGÞ'à£
密文长度: 13
解密后的明文: Hello, World!