Python實現RC4

前言

上學期密碼學的作業，寫一下。

簡介

在密碼學中，RC4（來自Rivest Cipher 4的縮寫）是一種流加密算法，密鑰長度可變。它加解密使用相同的密鑰，因此也屬於對稱加密算法。

原理

其原理主要分爲三步：
RC4的原理分爲三步：

初始化S和T

for i=0 to 255 do
   S[i]=i;
   T[i]=K[ imodkeylen ];

初始排列S

j=0;
for i=0 to 255 do
   j= ( j+S[i]+T[i])mod256;
   swap(S[i],S[j]);

產生密鑰流

i,j=0;
for r=0 to len do  //r爲明文長度，r字節
   i=(i+1) mod 256;
   j=(j+S[i])mod 256;
   swap(S[i],S[j]);
   t=(S[i]+S[j])mod 256;
   k[r]=S[t];

正確性分析
由於經過加密後的結果，輸出的是一些不可見，所以又使用base64進行了再次加密，使其轉化爲可見字符。

安全性分析

理論上來說，RC4算法是很難被破解的。RC4中用到的key是長度在[1,256]的unsigned char字符串，可能性就是256+256²⁺²⁵⁶3+…256^256≈256256次方種可能性，量級在10^600以上。如果你真的設置了一個256byte（不是bit哦）的key，別人想要暴力破解幾乎是不可能的。
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。
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，判斷其是否爲弱密鑰。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。
加大被破解的難度：
（1）定時更換key，就像網民應該定時更換自己的密碼一樣。
（2）在真實原文裏混雜一些隨機字符串再加密。
（3）並不把加密串直接暴露給公衆，可以對加密串做二次加密。（循環移位、字符-字符映射、按某種規則打散、再做一次RC4、等等）

代碼

下面給出Python的完整代碼

#-*- coding: UTF-8 -*-
import hashlib
import base64


def Rc4_init(S, K):  # S盒初始化置換,K爲密鑰
    j = 0
    K = hashlib.md5(K).hexdigest()
    k = []  # 臨時數組
    for i in range(256):
        S.append(i)
        k.append(K[i % len(K)])
    for i in range(256):
        j = (j + S[i] + ord(k[i])) % 256
        S[i], S[j] = S[j], S[i]  # 交換S[i],S[j]


def rc4_Encrypt(S, D):  
    i = j = 0
    result = ''
    for a in D:
        i = (i + 1) % 256
        j = (j + S[i]) % 256
        S[i], S[j] = S[j], S[i]
        t = (S[i] + S[j]) % 256
        
        k = chr(ord(a) ^ S[(S[i] + S[j]) % 256])
        result += k
    result = base64.b64encode(result)
    return result


def rc4_Decrypt(S, D): 
    i = j = 0
    D = base64.b64decode(D)
    result = ''
    for a in D:
        i = (i + 1) % 256
        j = (j + S[i]) % 256
        S[i], S[j] = S[j], S[i]
        t = (S[i] + S[j]) % 256
        
        k = chr(ord(a) ^ S[(S[i] + S[j]) % 256])
        result += k
    return result


key = 'dasdffdghfghjde'
d = 'thisisatest'
print("key:"+key)
print("m:"+d)


s=[]
Rc4_init(s, key)
#print("s盒:")
#print(s)

c = rc4_Encrypt(s, d)
print("Encrypt:"+c)

s=[]
Rc4_init(s,key)
#print("s盒:")
#print(s)

z = rc4_Decrypt(s, c)
print("Decrypt:"+z)