RC4加密解密算法123

本文主要是介绍RC4加密解密算法123，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

RC4是一种对称密码算法，它属于对称密码算法中的序列密码(streamcipher,也称为流密码)，它是可变密钥长度，面向字节操作的流密码。

RC4是流密码streamcipher中的一种，为序列密码。RC4加密算法是Ron Rivest在1987年设计出的密钥长度可变的加密算法簇。起初该算法是商业机密，直到1994年，它才公诸于众。由于RC4具有算法简单，运算速度快，软硬件实现都十分容易等优点，使其在一些协议和标准里得到了广泛应用。

流密码也属于对称密码，但与分组加密算法不同的是，流密码不对明文数据进行分组，而是用密钥生成与明文一样长短的密码流对明文进行加密，加解密使用相同的密钥。

RC4算法特点：(1)、算法简洁易于软件实现，加密速度快，安全性比较高；(2)、密钥长度可变，一般用256个字节。

对称密码算法的工作方式有四种：电子密码本(ECB, electronic codebook)方式、密码分组链接(CBC, cipherblock chaining)方式、密文反馈(CFB, cipher-feedback)方式、输出反馈(OFB, output-feedback)方式。

RC4算法采用的是输出反馈工作方式，所以可以用一个短的密钥产生一个相对较长的密钥序列。

OFB方式的最大的优点是消息如果发生错误(这里指的是消息的某一位发生了改变，而不是消息的某一位丢失)，错误不会传递到产生的密钥序列上；缺点是对插入攻击很敏感，并且对同步的要求比较高。

RC4的执行速度相当快，它大约是分块密码算法DES的5倍，是3DES的15倍，且比高级加密算法AES也快很多。RC4算法简单，实现容易。RC4的安全保证主要在于输入密钥的产生途径，只要在这方面不出现漏洞，采用128bit的密钥是非常安全的。

RC4算法加密流程：包括密钥调度算法KSA和伪随机子密码生成算法PRGA两大部分(以密钥长度为256个字节为例)。

密钥调度算法：首先初始化状态矢量S，矢量S中元素的值被按升序从0到255排列，即S[0]=00, S[1]=1, …, S[255]=255.同时建立一个临时矢量T，如果密钥K的长度为256字节，则将K赋给T。否则，若密钥长度为keylen字节，则将K的值赋给T的前keylen个元素，并循环重复用K的值赋给T剩下的元素，直到T的所有元素都被赋值。

在介绍RC4算法原理之前，先看看算法中的几个关键变量：

1、密钥流：RC4算法的关键是根据明文和密钥生成相应的密钥流，密钥流的长度和明文的长度是对应的，也就是说明文的长度是500字节，那么密钥流也是500字节。当然，加密生成的密文也是500字节，因为密文第i字节=明文第i字节^密钥流第i字节；

2、状态向量S：长度为256，S[0],S[1].....S[255]。每个单元都是一个字节，算法运行的任何时候，S都包括0-255的8比特数的排列组合，只不过值的位置发生了变换；

3、临时向量T：长度也为256，每个单元也是一个字节。如果密钥的长度是256字节，就直接把密钥的值赋给T，否则，轮转地将密钥的每个字节赋给T；

4、密钥K：长度为1-256字节，注意密钥的长度keylen 与明文长度、密钥流的长度没有必然关系，通常密钥的长度趣味16字节（128比特）。

RC4的原理分为三步：

1、初始化S和T

for i=0 to 255 do

S[i] =i;

T[i]=K[ imodkeylen ];

2、初始排列S

for i=0 to 255 do

j= ( j+S[i]+T[i])mod256;

swap(S[i],S[j]);

3、产生密钥流

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];

下面给出RC4加密解密的C++实现：

加密类：

/*加密类
*/
class RC4 {
public:/*构造函数，参数为密钥长度*/RC4(int kl):keylen(kl) {srand((unsigned)time(NULL));for(int i=0;i<kl;++i){  //随机生产长度为keylen字节的密钥int tmp=rand()%256;K.push_back(char(tmp));}}/*由明文产生密文*/void encryption(const string &,const string &,const string &);private:unsigned char S[256]; //状态向量，共256字节unsigned char T[256]; //临时向量，共256字节int keylen;		//密钥长度，keylen个字节，取值范围为1-256vector<char> K;	  //可变长度密钥vector<char> k;	  //密钥流/*初始化状态向量S和临时向量T，供keyStream方法调用*/void initial() {for(int i=0;i<256;++i){S[i]=i;T[i]=K[i%keylen];}}/*初始排列状态向量S，供keyStream方法调用*/void rangeS() {int j=0;for(int i=0;i<256;++i){j=(j+S[i]+T[i])%256;//cout<<"j="<<j<<endl;S[i]=S[i]+S[j];S[j]=S[i]-S[j];S[i]=S[i]-S[j];}}/*生成密钥流len:明文为len个字节*/void keyStream(int len);};
void RC4::keyStream(int len) {initial();rangeS();int i=0,j=0,t;while(len--){i=(i+1)%256;j=(j+S[i])%256;S[i]=S[i]+S[j];S[j]=S[i]-S[j];S[i]=S[i]-S[j];t=(S[i]+S[j])%256;k.push_back(S[t]);}
}
void RC4::encryption(const string &plaintext,const string &ks,const string &ciphertext) {ifstream in;ofstream out,outks;in.open(plaintext);//获取输入流的长度in.seekg(0,ios::end);int lenFile=in.tellg();in.seekg(0, ios::beg);//生产密钥流keyStream(lenFile);outks.open(ks);for(int i=0;i<lenFile;++i){outks<<(k[i]);}outks.close();//明文内容读入bits中unsigned char *bits=new unsigned char[lenFile];in.read((char *)bits,lenFile);in.close();out.open(ciphertext);//将明文按字节依次与密钥流异或后输出到密文文件中for(int i=0;i<lenFile;++i){out<<(unsigned char)(bits[i]^k[i]);}out.close();delete []bits;
}

解密类：

/*解密类
*/
class RC4_decryption{
public:/*构造函数，参数为密钥流文件和密文文件*/RC4_decryption(const string ks,const string ct):keystream(ks),ciphertext(ct) {}/*解密方法，参数为解密文件名*/void decryption(const string &);private:string ciphertext,keystream;
};
void RC4_decryption::decryption(const string &res){ifstream inks,incp;ofstream out;inks.open(keystream);incp.open(ciphertext);//计算密文长度inks.seekg(0,ios::end);const int lenFile=inks.tellg();inks.seekg(0, ios::beg);//读入密钥流unsigned char *bitKey=new unsigned char[lenFile];inks.read((char *)bitKey,lenFile);inks.close();//读入密文unsigned char *bitCip=new unsigned char[lenFile];incp.read((char *)bitCip,lenFile);incp.close();//解密后结果输出到解密文件out.open(res);for(int i=0;i<lenFile;++i)out<<(unsigned char)(bitKey[i]^bitCip[i]);out.close();
}

程序实现时，需要注意的是，状态向量数组S和临时向量数组T的类型应设为unsigned char，而不是char。因为在一些机器下，将char默认做为signed char看待，在算法中计算下标i，j的时候，会涉及char转int，如果是signed的char，那么将char的8位拷贝到int的低8位后，还会根据char的符号为，在int的高位补0或1。由于密钥是随机产生的，如果遇到密钥的某个字节的高位为1的话，那么计算得到的数组下标为负数，就会越界。

程序运行示例

main函数：

int main(){RC4 rc4(16); //密钥长16字节rc4.encryption("明文.txt","密钥流.txt","密文.txt");RC4_decryption decrypt("密钥流.txt","密文.txt");decrypt.decryption("解密文件.txt");}