Python实现RC4

前言

上学期密码学的作业，写一下。

简介

在密码学中，RC4（来自Rivest Cipher 4的缩写）是一种流加密算法，密钥长度可变。它加解密使用相同的密钥，因此也属于对称加密算法。

原理

其原理主要分为三步：
RC4的原理分为三步：

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]);

产生密钥流

i,j=0;
for r=0 to len do  //r为明文长度，r字节
   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];

正确性分析
由于经过加密后的结果，输出的是一些不可见，所以又使用base64进行了再次加密，使其转化为可见字符。

安全性分析

理论上来说，RC4算法是很难被破解的。RC4中用到的key是长度在[1,256]的unsigned char字符串，可能性就是256+256²⁺²⁵⁶3+…256^256≈256256次方种可能性，量级在10^600以上。如果你真的设置了一个256byte（不是bit哦）的key，别人想要暴力破解几乎是不可能的。
由于RC4算法加密是采用的xor，所以，一旦子密钥序列出现了重复，密文就有可能被破解。
由于存在部分弱密钥，使得子密钥序列在不到100万字节内就发生了完全的重复，如果是部分重复，则可能在不到10万字节内就能发生重复，因此，推荐在使用RC4算法时，必须对加密密钥进行测试，判断其是否为弱密钥。其不足主要体现于，在无线网络中IV（初始化向量）不变性漏洞。
加大被破解的难度：
（1）定时更换key，就像网民应该定时更换自己的密码一样。
（2）在真实原文里混杂一些随机字符串再加密。
（3）并不把加密串直接暴露给公众，可以对加密串做二次加密。（循环移位、字符-字符映射、按某种规则打散、再做一次RC4、等等）

代码

下面给出Python的完整代码

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


def Rc4_init(S, K):  # S盒初始化置换,K为密钥
    j = 0
    K = hashlib.md5(K).hexdigest()
    k = []  # 临时数组
    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]  # 交换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)