RC4加密算法

$Abstract$

RC4是流加密算法中的一种，主要难点是密钥流生成算法，通过该算法（需要输入密钥）生成的密钥流与明文相异或得到密文

密钥长度可变，长度范围为1-256字节（原则上密钥长度不可超过256字节，但是超过的话不会对算法过程造成影响，但是密钥字节中多于256的部分不会代入运算）

$Encode$

$KSA$

对密钥key使用KSA算法（key-scheduling-algorithm）生成S盒

• 首先初始化S盒

S = [i for i in range(256)]

• 根据key对S盒相应的元素进行互换，经过256次循环得到的S盒代入之后的加密过程

j = 0
for i in range(256):
    j = (j + S[i] + key[i % len(key)]) % 256
    S[i],S[j] = S[j],S[i]

$PRGA$

Pseudo-random generation algorithm算法（PRGA）根据KSA算法生成的S盒来生成最终的密钥流

通过定义两个变量来确定提取某个S盒的元素作为输出的密钥流，在输出一个bit的密钥流的同时，S盒的某两个元素也会进行互换操作

i = 0
j = 0 
keystream = []
for k in range(len(msg)):
    # 通过i,j两个变量的值来确定提取哪个S盒的元素
    i = (i + 1) % 256 
    j = (j + S[i]) % 256
    S[i],S[j] = S[j],S[i]
    keystream.append(S[(S[i] + S[j]) % 256]) 

所生成的密钥流与明文进行异或即可得到密文

$Decode$

解密的要求是要生成与加密过程中生成的密钥流一致的密钥流，这样通过与密文异或就能得到明文

在已知密钥key的情况下，再次应用RC4的密钥流生成算法即可得到相同的密钥流，所以也就是把加密过程中生成密钥流的过程算法再进行一遍即可

$PythonCode$

# RC4
from Crypto.Util.number import bytes_to_long,long_to_bytes
key = "" 
msg = ""
key = list(key)
# KSA
S = [i for i in range(256)]
j = 0
for i in range(256):
    j = (j + S[i] + ord(key[i % len(key)])) % 256
    S[i],S[j] = S[j],S[i]
# PRGA
i = 0
j = 0 
keystream = []
for k in range(len(msg)):
    i = (i + 1) % 256 
    j = (j + S[i]) % 256
    S[i],S[j] = S[j],S[i]
    keystream.append(S[(S[i] + S[j]) % 256])
 
enc = "".join(map(chr,[(ord(msg[i]) ^ keystream[i]) for i in range(len(keystream))]))
print(enc)

$Reference$

加密解密算法之RC4 – 标点符 (biaodianfu.com)