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RC4
鎖定
- 中文名
- RC4
- 外文名
- Rivest Cipher 4
- 作 者
- Ronald Rivest
- 原 理
- 初始化和偽隨機子密碼生成算法
- 漏 洞
- 密鑰序列出現重複密文可能被破解
- 學 科
- 密碼學
RC4歷史
RC4是由羅納德·李維斯特在1987年開發出來的，雖然它的官方名是“Rivest Cipher 4”，但是首字母縮寫RC也可以理解為"Ron's Code"。
RC4開始時是商業密碼，沒有公開發表出來，但是在1994年9月份的時候，它被人匿名公開在了Cypherpunks 郵件列表上，很快它就被髮到了sci.crypt 新聞組上，隨後從這傳播到了互聯網的許多站點。隨之貼出的代碼後來被證明是真實的，因為它的輸出跟取得了RC4版權的私有軟件的輸出是完全相同的。由於算法已經公開，RC4也就不再是商業秘密了，只是它的名字“RC4”仍然是一個註冊商標。RC4經常被稱作是“ARCFOUR”或者"ARC4"（意思是稱為RC4），這樣來避免商標使用的問題
RC4已經成為一些常用的協議和標準的一部分，如1997年的WEP和2003/2004年無線卡的WPA; 和1995年的SSL，以及後來1999年的TLS。讓它如此廣泛分佈和使用的主要因素是它不可思議的簡單和速度，不管是軟件還是硬件，實現起來都十分容易。
RC4原理
其中，參數1是一個256長度的char型數組，定義為: unsigned char sBox[256];
參數2是密鑰，其內容可以隨便定義：char key[256];
參數3是密鑰的長度，Len = strlen(key);
/*初始化函數*/
void rc4_init(unsigned char*s,unsigned char*key, unsigned long Len)
{
int i=0,j=0;
//char k[256]={0};
unsigned char k[256]={0};
unsigned char tmp=0;
for(i=0;i<256;i++) {
s[i]=i;
k[i]=key[i%Len];
}
for(i=0;i<256;i++) {
j=(j+s[i]+k[i])%256;
tmp=s[i];
s[i]=s[j];//交換s[i]和s[j]
s[j]=tmp;
}
}
在初始化的過程中，密鑰的主要功能是將S-box攪亂，i確保S-box的每個元素都得到處理，j保證S-box的攪亂是隨機的。而不同的S-box在經過偽隨機子密碼生成算法的處理後可以得到不同的子密鑰序列，將S-box和明文進行xor運算，得到密文，解密過程也完全相同。
再來看看算法的加密部分（用C代碼表示）：
其中，參數1是上邊rc4_init函數中，被攪亂的S-box;
參數2是需要加密的數據data;
參數3是data的長度.
/*加解密*/
void rc4_crypt(unsigned char*s,unsigned char*Data,unsigned long Len)
{
int i=0,j=0,t=0;
unsigned long k=0;
unsigned char tmp;
for(k=0;k<Len;k++)
{
i=(i+1)%256;
j=(j+s[i])%256;
tmp=s[i];
s[i]=s[j];//交換s[x]和s[y]
s[j]=tmp;
t=(s[i]+s[j])%256;
Data[k]^=s[t];
}
}
最後，在main函數中，調用順序如下：
int main()
{
unsigned char s[256]={0},s2[256]={0};//S-box
char key[256]={"justfortest"};
char pData[512]="這是一個用來加密的數據Data";
unsigned long len=strlen(pData);
int i;
printf("pData=%s\n",pData);
printf("key=%s,length=%d\n\n",key,strlen(key));
rc4_init(s,(unsigned char*)key,strlen(key));//已經完成了初始化
printf("完成對S[i]的初始化，如下：\n\n");
for(i=0;i<256;i++)
{
printf("%02X",s[i]);
if(i&&(i+1)%16==0)putchar('\n');
}
printf("\n\n");
for(i=0;i<256;i++)//用s2[i]暫時保留經過初始化的s[i]，很重要的！！！
{
s2[i]=s[i];
}
printf("已經初始化，現在加密:\n\n");
rc4_crypt(s,(unsigned char*)pData,len);//加密
printf("pData=%s\n\n",pData);
printf("已經加密，現在解密:\n\n");
//rc4_init(s,(unsigned char*)key,strlen(key));//初始化密鑰
rc4_crypt(s2,(unsigned char*)pData,len);//解密
printf("pData=%s\n\n",pData);
return0;
}
因此最終的完整程序是：
//程序開始
#include<stdio.h>
#include<string.h>
typedef unsigned longULONG;
/*初始化函數*/
void rc4_init(unsigned char*s, unsigned char*key, unsigned long Len)
{
int i = 0, j = 0;
char k[256] = { 0 };
unsigned char tmp = 0;
for (i = 0; i<256; i++)
{
s[i] = i;
k[i] = key[i%Len];
}
for (i = 0; i<256; i++)
{
j = (j + s[i] + k[i]) % 256;
tmp = s[i];
s[i] = s[j];//交換s[i]和s[j]
s[j] = tmp;
}
}
/*加解密*/
void rc4_crypt(unsigned char*s, unsigned char*Data, unsigned long Len)
{
int i = 0, j = 0, t = 0;
unsigned long k = 0;
unsigned char tmp;
for (k = 0; k<Len; k++)
{
i = (i + 1) % 256;
j = (j + s[i]) % 256;
tmp = s[i];
s[i] = s[j];//交換s[x]和s[y]
s[j] = tmp;
t = (s[i] + s[j]) % 256;
Data[k] ^= s[t];
}
}
int main()
{
unsigned char s[256] = { 0 }, s2[256] = { 0 };//S-box
char key[256] = { "justfortest" };
char pData[512] = "這是一個用來加密的數據Data";
unsigned long len = strlen(pData);
int i;
printf("pData=%s\n", pData);
printf("key=%s,length=%d\n\n", key, strlen(key));
rc4_init(s, (unsigned char*)key, strlen(key));//已經完成了初始化
printf("完成對S[i]的初始化，如下：\n\n");
for (i = 0; i<256; i++)
{
printf("%02X", s[i]);
if (i && (i + 1) % 16 == 0)putchar('\n');
}
printf("\n\n");
for (i = 0; i<256; i++)//用s2[i]暫時保留經過初始化的s[i]，很重要的！！！
{
s2[i] = s[i];
}
printf("已經初始化，現在加密:\n\n");
rc4_crypt(s, (unsigned char*)pData, len);//加密
printf("pData=%s\n\n", pData);
printf("已經加密，現在解密:\n\n");
//rc4_init(s,(unsignedchar*)key,strlen(key));//初始化密鑰
rc4_crypt(s2, (unsigned char*)pData, len);//解密
printf("pData=%s\n\n", pData);
return 0;
}
//程序完
RC4漏洞
由於RC4算法加密是採用的xor，所以，一旦子密鑰序列出現了重複，密文就有可能被破解。關於如何破解xor加密，請參看Bruce Schneier的Applied Cryptography一書的1.4節Simple XOR，在此我就不細説了。那麼，RC4算法生成的子密鑰序列是否會出現重複呢？由於存在部分弱密鑰，使得子密鑰序列在不到100萬字節內就發生了完全的重複，如果是部分重複，則可能在不到10萬字節內就能發生重複，因此，推薦在使用RC4算法時，必須對加密密鑰進行測試，判斷其是否為弱密鑰。其不足主要體現於，在無線網絡中IV（初始化向量）不變性漏洞。
而且，根據分析結果，沒有任何的分析對於密鑰長度達到128位的RC4有效，所以，RC4是最安全的加密算法之一，大家可以放心使用！
分佈式代碼管理網站Github從2015年1月5日將停止對RC4的支持，RC4作為一種老舊的驗證和加密算法易於受到黑客攻擊。這意味着，用户在使用Windows XP系統上的IE瀏覽器時將無法進入github.com網站。
