RC4加密算法

1.RC4加密算法

这是一种对称加密算法，它的密钥长度可变可变范围为1-256字节(8-2048比特)

2.加密（解密）原理

RC4由伪随机数生成器和异或运算组成。

RC4的密钥长度可变，范围是[1,255]。

RC4一个字节一个字节地加解密。

给定一个密钥，伪随机数生成器接受密钥并产生一个S盒。S盒用来加密数据，而且在加密过程中S盒会变化。

由于异或运算的对合性，RC4加密解密使用同一套算法。

3.RC4算法中的几个关键变量：

1：S-Box 也就是所谓的S盒，是一个256长度的char型数组，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。

2：密钥K char key[256] 密钥的长度keylen与明文长度、密钥流的长度没有必然关系

3：临时向量k 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k，否则，轮转地将密钥的每个字节赋给k

4.RC4代码

初始化

1：初始化存储0-255字节的Sbox(其实就是一个数组)

2：填充key到256个字节数组中称为Tbox(你输入的key不满256个字节则初始化到256个字节)

3：交换s[i]与s[j] i 从0开始一直到255下标结束. j是 s[i]与T[i]组合得出的下标。

包含三个参数：

参数1是一个256长度的char型数组，定义为: unsigned char sBox[256];

参数2是密钥，其内容可以随便定义：char key[256];

参数3是密钥的长度，Len = strlen(key);

ef init_box(key):
	"""
	S盒
	"""
	s_box=list(range(256))	#这里没管秘钥小于256的情况，小于256应该不断重复填充即可，这里完成了 C 实现中的 for(i=0;i<256;i++) prc4->s_box[i] = i;
	j=0
	for i in range(256):
		j=(j+s_box[i] + ord(key[i % len(key)])) % 256	#这里把 C 实现中的 prc4->t_box[i] = key[i % keylen];和j=(j+prc4->s_box[i]+prc4->t_box[i])%256;合并在了一起。
		s_box[i],s_box[j] = s_box[j],s_box[i]
	#print(type(s_box)) #可以输出 s_box 来看是否随机混乱的
	return s_box
 

加密

遍历数据,将数据与sbox进行异或加密,而在此之前还需要交换一次sbox的数据

交换完之后 再把s[i] + s[j]的组合当做下标再去异或.

包含三个参数：

参数1是上边rc4_init函数中，被搅乱的S-box;

参数2是需要加密的数据data;

参数3是data的长度.

def ex_encrypt(plain,box,mode):
	"""
    利用PRGA生成秘钥流并与密文字节异或，加解密同一个算法
    """
	if mode == '2':
		while True:
			c_mode=input("输入你的解密模式：base64 or ordinary\n")
			if c_mode == 'base64':
				plain=base64.b64decode(plain)
				plain=bytes.decode(plain)				#因为返回的是解码过的  bytes，所以需要再用 decode 解码成字符串。
				break
			elif c_mode == 'ordinary':
				break
			else:
				print("输入不合法，请重新输入")
				continue
	
	res=[]
	i=j=0
	for s in plain:						
		i=(i+1)%256
		j=(j+box[i])%256
		box[i],box[j]=box[j],box[i]
		t=(box[i]+box[j]) % 256
		k=box[t]
		res.append(chr(ord(s)^k))
 
	cipher="".join(res)
    #print(cipher)

解析代码

PRGA算法利用伪随机生成器生成密钥流，并将密钥流与明文进行异或操作来进行加密或解密。

函数中根据传入的mode参数决定是加密还是解密操作。如果mode为'2'，则需要进一步选择解密模式，可以选择'base64'或'ordinary'。如果选择'base64'解密模式，则将输入的plain进行base64解码；如果选择'ordinary'解密模式，则直接使用输入的plain。

代码中使用了box列表来存储伪随机数生成器的状态，box列表的长度为256，初始值为0到255的连续整数。i和j分别表示两个索引，每次循环根据当前索引的值从box中取出一个数，并根据PRGA算法进行交换和计算。最终得到的res列表存储了加密或解密后的字符。

# -*- coding: utf-8 -*-
import base64
 
def get_message():
	print("输入你的信息： ")
	s=input()
	return s
 
def get_key():
	print("输入你的密钥： ")
	key=input()
	if key=='':
		key="不要输入空的 key 值"
	return key
 
def init_box(key):
	"""
	S盒
	"""
	s_box=list(range(256))	#这里没管秘钥小于256的情况，小于256应该不断重复填充即可，这里完成了 C 实现中的 for(i=0;i<256;i++) prc4->s_box[i] = i;
	j=0
	for i in range(256):
		j=(j+s_box[i] + ord(key[i % len(key)])) % 256	#这里把 C 实现中的 prc4->t_box[i] = key[i % keylen];和j=(j+prc4->s_box[i]+prc4->t_box[i])%256;合并在了一起。
		s_box[i],s_box[j] = s_box[j],s_box[i]
	#print(type(s_box)) #可以输出 s_box 来看是否随机混乱的
	return s_box
 
def ex_encrypt(plain,box,mode):
	"""
    利用PRGA生成秘钥流并与密文字节异或，加解密同一个算法
    """
	if mode == '2':
		while True:
			c_mode=input("输入你的解密模式：base64 or ordinary\n")
			if c_mode == 'base64':
				plain=base64.b64decode(plain)
				plain=bytes.decode(plain)				#因为返回的是解码过的  bytes，所以需要再用 decode 解码成字符串。
				break
			elif c_mode == 'ordinary':
				break
			else:
				print("输入不合法，请重新输入")
				continue
	
	res=[]
	i=j=0
	for s in plain:						
		i=(i+1)%256
		j=(j+box[i])%256
		box[i],box[j]=box[j],box[i]
		t=(box[i]+box[j]) % 256
		k=box[t]
		res.append(chr(ord(s)^k))
 
	cipher="".join(res)
    #print(cipher)
 
#根据选择进行输出，至于是明文还是密文得看用户决定
	if mode == '1':
        # 化成可视字符需要编码
		print("加密后的输出（没经过任何编码）")
		print(cipher)
        # base64的目的也是为了变成可见字符
		print("base64后的编码")
		print(str(base64.b64encode(cipher.encode('utf-8')),'utf-8'))
	if mode == '2':
		print("解密后的密文")
		print(cipher)
 
def get_mode():
	print("请选择加密或者解密")
	print("1.Encrypt")
	print("2.Decrypt")
 
	mode = input()
 
	if mode == '1':			#加密解密虽同源，但是由于不能直接用 =='1' or '2'，所以还是得分开写
		message = get_message()
		key = get_key()
		box = init_box(key)
		ex_encrypt(message,box,mode)
	elif mode == '2':			#由于异或运算的对合性，RC4加密解密使用同一套算法。
		message = get_message()
		key = get_key()
		box = init_box(key)
		ex_encrypt(message,box,mode)
	else:
		print("输入有误！ ")
 
if __name__ == '__main__':
	while True:
		get_mode()