常见加解密算法02 - RC4算法分析

2024-05-14 15:04

本文主要是介绍常见加解密算法02 - RC4算法分析,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是一种广泛使用的流密码,它以其简洁和速度而闻名。区别于块密码,流密码特点在于按位或按字节来进行加密。

RC4由Ron Rivest在1987年设计,尽管它的命名看起来是第四版,实际上它是第一个对外发布的版本。

RC4算法的实施过程简洁明了,主要包括初始化和生成密钥流这两个阶段。

下面我们就一边解析算法,一边分析其代码实现。

初始化

该阶段的核心任务是利用一个可变长度的密钥来初始化一张S盒,即一个包含0至255所有字节的256长度数组。初始化步骤如下:

  • 初始填充S盒,按顺序排列0至255的数值。

  • 使用密钥对S盒进行置换。每个S盒中的元素都会根据密钥中的字节进行一定的交换。这个过程叫做密钥调度算法(KSA)。

说的形象一点就是:在桌子上有256个小盒子(从0到255编号),初始时每个盒子里面的数字和它的编号一样。现在,你开始根据密钥来交换这些盒子里面的数字,直到所有的盒子都被重新排列。

经过多轮置换,这256个数字的顺序就变得无规律。将此与洗牌对比,虽然结果看似随机,实则完全受密钥控制。

现在,我们来看一下代码实现:

private static void initAndPermute(char[] byteKey) {if (byteKey.length > 256 || byteKey.length < 1) {System.out.println("Key length must be between 1 to 256 chars");} else {// Creation of initial state and key byteskeylength = byteKey.length;for (int i = 0; i < 256; i++) {S[i] = i;K[i] = byteKey[i % keylength];}// Permuting state bytes based on values of key bytesint j = 0;for (int i = 0; i < 256; i++) {j = (j + S[i] + K[i]) % 256;int temp = S[i];S[i] = S[j];S[j] = temp;}}
}

第一个 for 循环里面,就是初始化 S 盒。我们还看到同时也给 K 数组赋值了,这里说明了一个问题,K 的长度大于 256 之后,后面的其实没用,所以我们的密钥不用写太长,除非写一个变种算法。

看第二个循环,j = (j + S[i] + K[i]) % 256; 我们把它看成一个数学表达式 j = f(i),这个表达式最终会生成一个 0-255 之间的一个数字 j,然后将 i 与 j 位置进行交换,这样就扰乱了 S 盒的数字顺序。

操作 (PRGA)

在操作阶段,RC4生成伪随机流,称为密钥流。这个密钥流会与明文按位异或来生成密文。同样,将密钥流与密文按位异或,可以得到原始明文。操作过程如下:

  • 初始化两个指针i和j(都开始于0)。

  • 在每次操作中,i递增1,j加上S盒在i位置的值,并使用新的j值来更新S盒中的元素位置。

  • 选取i和j指向的两个元素,将它们加起来,并根据这个总和得到S盒中的某个元素作为密钥流的一部分。

  • 重复此过程,直到生成了足够长的密钥流,可以与明文进行异或操作。

上面的步骤比较难以理解,但是我们利用数学的思想来看:

首先,定义两个变量 i 与 j,然后给它们赋值,i = f(i), j = f(i, j) ,然后再定义一个变量 key,key = f2(i, j) 。这个key就是根据 S 盒生成的密钥流,只要 S 的顺序固定,那么生成的密钥流就是固定的。有了密钥流,那么我们就可以与明文做异或操作。

看代码:

private static char[] encryptRC4(char[] plainText) {char[] cipherText = new char[plainText.length];int i = 0;int j = 0;int key;int plainTextLen = 0;while (plainTextLen < plainText.length) {// Key generationi = (i + 1) % 256;j = (j + S[i]) % 256;int temp = S[i];S[i] = S[j];S[j] = temp;key = S[(S[i] + S[j]) % 256];// EncryptioncipherText[plainTextLen] = (char) (plainText[plainTextLen] ^ key);plainTextLen++;}return cipherText;
}

有的小伙伴可能想得多一点,既然是使用异或做操作,那么加密算法其实就是解密算法!

是的,异或这个东西很神奇, x ^ y ^ y 还是 x。既然加密算法保证了 S 一定的情况下,生成的 key 是一样的,所以解密算法可以直接使用加密算法。

C 实现

#define N 256   // 2^8void swap(unsigned char *a, unsigned char *b) {int tmp = *a;*a = *b;*b = tmp;
}int KSA(char *key, unsigned char *S) {int len = strlen(key);int j = 0;for(int i = 0; i < N; i++)S[i] = i;for(int i = 0; i < N; i++) {j = (j + S[i] + key[i % len]) % N;swap(&S[i], &S[j]);}return 0;
}int PRGA(unsigned char *S, char *plaintext, unsigned char *ciphertext) {int i = 0;int j = 0;for(size_t n = 0, len = strlen(plaintext); n < len; n++) {i = (i + 1) % N;j = (j + S[i]) % N;swap(&S[i], &S[j]);int rnd = S[(S[i] + S[j]) % N];ciphertext[n] = rnd ^ plaintext[n];}return 0;
}int RC4(char *key, char *plaintext, unsigned char *ciphertext) {unsigned char S[N];KSA(key, S);PRGA(S, plaintext, ciphertext);return 0;
}

总结

RC4的好处是它很简单,很快,在没有密钥的情况下只能使用暴力破解。所以,你的密钥很重要,你得特别小心使用它。

这篇关于常见加解密算法02 - RC4算法分析的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/989069

相关文章

不懂推荐算法也能设计推荐系统

本文以商业化应用推荐为例,告诉我们不懂推荐算法的产品,也能从产品侧出发, 设计出一款不错的推荐系统。 相信很多新手产品,看到算法二字,多是懵圈的。 什么排序算法、最短路径等都是相对传统的算法(注:传统是指科班出身的产品都会接触过)。但对于推荐算法,多数产品对着网上搜到的资源,都会无从下手。特别当某些推荐算法 和 “AI”扯上关系后,更是加大了理解的难度。 但,不了解推荐算法,就无法做推荐系

康拓展开(hash算法中会用到)

康拓展开是一个全排列到一个自然数的双射(也就是某个全排列与某个自然数一一对应) 公式: X=a[n]*(n-1)!+a[n-1]*(n-2)!+...+a[i]*(i-1)!+...+a[1]*0! 其中,a[i]为整数,并且0<=a[i]<i,1<=i<=n。(a[i]在不同应用中的含义不同); 典型应用: 计算当前排列在所有由小到大全排列中的顺序,也就是说求当前排列是第

性能分析之MySQL索引实战案例

文章目录 一、前言二、准备三、MySQL索引优化四、MySQL 索引知识回顾五、总结 一、前言 在上一讲性能工具之 JProfiler 简单登录案例分析实战中已经发现SQL没有建立索引问题,本文将一起从代码层去分析为什么没有建立索引? 开源ERP项目地址:https://gitee.com/jishenghua/JSH_ERP 二、准备 打开IDEA找到登录请求资源路径位置

csu 1446 Problem J Modified LCS (扩展欧几里得算法的简单应用)

这是一道扩展欧几里得算法的简单应用题,这题是在湖南多校训练赛中队友ac的一道题,在比赛之后请教了队友,然后自己把它a掉 这也是自己独自做扩展欧几里得算法的题目 题意:把题意转变下就变成了:求d1*x - d2*y = f2 - f1的解,很明显用exgcd来解 下面介绍一下exgcd的一些知识点:求ax + by = c的解 一、首先求ax + by = gcd(a,b)的解 这个

综合安防管理平台LntonAIServer视频监控汇聚抖动检测算法优势

LntonAIServer视频质量诊断功能中的抖动检测是一个专门针对视频稳定性进行分析的功能。抖动通常是指视频帧之间的不必要运动,这种运动可能是由于摄像机的移动、传输中的错误或编解码问题导致的。抖动检测对于确保视频内容的平滑性和观看体验至关重要。 优势 1. 提高图像质量 - 清晰度提升:减少抖动,提高图像的清晰度和细节表现力,使得监控画面更加真实可信。 - 细节增强:在低光条件下,抖

【数据结构】——原来排序算法搞懂这些就行,轻松拿捏

前言:快速排序的实现最重要的是找基准值,下面让我们来了解如何实现找基准值 基准值的注释:在快排的过程中,每一次我们要取一个元素作为枢纽值,以这个数字来将序列划分为两部分。 在此我们采用三数取中法,也就是取左端、中间、右端三个数,然后进行排序,将中间数作为枢纽值。 快速排序实现主框架: //快速排序 void QuickSort(int* arr, int left, int rig

poj 3974 and hdu 3068 最长回文串的O(n)解法(Manacher算法)

求一段字符串中的最长回文串。 因为数据量比较大,用原来的O(n^2)会爆。 小白上的O(n^2)解法代码:TLE啦~ #include<stdio.h>#include<string.h>const int Maxn = 1000000;char s[Maxn];int main(){char e[] = {"END"};while(scanf("%s", s) != EO

秋招最新大模型算法面试,熬夜都要肝完它

💥大家在面试大模型LLM这个板块的时候,不知道面试完会不会复盘、总结,做笔记的习惯,这份大模型算法岗面试八股笔记也帮助不少人拿到过offer ✨对于面试大模型算法工程师会有一定的帮助,都附有完整答案,熬夜也要看完,祝大家一臂之力 这份《大模型算法工程师面试题》已经上传CSDN,还有完整版的大模型 AI 学习资料,朋友们如果需要可以微信扫描下方CSDN官方认证二维码免费领取【保证100%免费

dp算法练习题【8】

不同二叉搜索树 96. 不同的二叉搜索树 给你一个整数 n ,求恰由 n 个节点组成且节点值从 1 到 n 互不相同的 二叉搜索树 有多少种?返回满足题意的二叉搜索树的种数。 示例 1: 输入:n = 3输出:5 示例 2: 输入:n = 1输出:1 class Solution {public int numTrees(int n) {int[] dp = new int

SWAP作物生长模型安装教程、数据制备、敏感性分析、气候变化影响、R模型敏感性分析与贝叶斯优化、Fortran源代码分析、气候数据降尺度与变化影响分析

查看原文>>>全流程SWAP农业模型数据制备、敏感性分析及气候变化影响实践技术应用 SWAP模型是由荷兰瓦赫宁根大学开发的先进农作物模型,它综合考虑了土壤-水分-大气以及植被间的相互作用;是一种描述作物生长过程的一种机理性作物生长模型。它不但运用Richard方程,使其能够精确的模拟土壤中水分的运动,而且耦合了WOFOST作物模型使作物的生长描述更为科学。 本文让更多的科研人员和农业工作者