网易视频云分享：RC4加密算法

       这次网易视频云的每日分享，将给大家带来RC4加密算法的介绍，同时也有一些代码示例供大家参考。

　　在密码学领域，RC4（又名ARC4或者ARCFOUR）是应用最广泛的流加密算法，应用在安全套接字层（SSL）（用来保护网络上传输的数据）和WEP（无线网络数据保护）上。

　　虽然它的最大亮点是算法的简单性和运行速度，但是因为它存在的弱点，在新的系统中使用时是有所争论的。

　　使用起始的输出keystream，使用非随机的或者相关性的keys，一个keysteream连续两次使用，这些使用方法都能使RC4加密方法显得特别脆弱，

　　比如在WEP中RC4的一些使用方式就导致了非常不安全的情况。

　　历史

　　RC4是由RSASecurity的RonRivest在1987年开发出来的，虽然它的官方名是“RivestCipher
4”，但是首字母缩写RC也可以理解为Ron'sCode。

　　RC4开始时是商业密码，没有公开发表出来，但是在94年9月份的时候，它被人匿名公开在了Cypherpunks邮件列表上，很快它就被发到了sci.crypt新闻组上，

　　随后从这儿传播到了互联网的许多站点。随之贴出的代码后来被证明是很有水平的，因为它的输出跟取得了RC4版权的私有软件的输出是完全的。

　　由于算法已经公开，rc4也就不再是商业秘密了，只是它的名字“RC4”仍然是一个注册商标。

　　RC4经常被称作是“ARCFOUR”或者"ARC4"（AllegedRC4，所谓的RC4,因为RSA从来没有官方公布这个算法），这样来避免商标使用的问题。

　　它已经成为一些广泛使用的协议和标准的一部分，比如，包括WEP和WPA的无线网卡和TLS。

　　让它如此广泛分布和使用的主要因素是它不可思议的简单和速度，不管是软件还是硬件，实现起来都十分容易。

　　描述

　　RC4产生一个伪随机比特流（akeystream），加密的时候，把它跟明文进行比特级别的异或处理，解密时进行一样的步骤（因为异或操作是对称的）。

　　（这个类似于Vernamcipher，只不过后者不使用伪随机比特流而直接使用随机比特流）。

　　为了产生keystream，本密码算法使用时需要两个数据的私有空间来保存内部状态：

　　1.总共256个字节的序列（下面用“S"代替）

　　2.两个8比特的索引指针（下面用“i”和“j”代替）

　　比特流序列的初始化是根据key的长度（key的长度通常在40到256比特之间），使用key-scheduling算法来进行的（KSA)，

　　一旦完成了初始化，比特流就可以根据伪随机生成算法(PRGA)来产生。

　　Thekey-scheduling algorithm (KSA)

　　key-scheduling算法用来初始化数组“S”中的字节序列，“keylength”定义了key的字节长度，可能的范围是[1,256]，典型的值是5到16之间，相应的key长度就是40-128比特。

　　首先，数组“S”被初始化成identitypermutation（身份鉴别的序列），随后在PRGA的算法中进行256为周期的循环列举出来，每次处理的方式都是一样的，是联合key的字节进行的。

　　


　　伪随机生成算法（PRGA）

　　对于尽可能多的每个列举过程，PRGA算法修改内部的状态并输出keystream的一个字节。

　　在每次循环中，PRGA把i加一，并把i所指向的S值加到j上去，然后交换S

　　和S

　　的值，最后输出S

　　和S

　　的和(取256的模)对应的S值。

　　至多经过256次，S每个位置上的值都被交换一次。

　　


　　The lookupstage of RC4. The output byte is selected by looking up the valuesof S(i) and S(j), adding them together modulo 256, and then usingthe sum as an index into S; S(S(i) S(j)) is used as a byte of thekey
stream, K.

　　实现

　　许多流加密算法都是基于Linear feedback shiftregister（LFSRs,线性反馈移位寄存器）,虽然在硬件上有效率但是在软件实现上却可能比较慢。

　　RC4的设计避免了LFSRs的使用，对于软件实现是相当理想的，它只需字节操作，使用了256字节的状态数组（从S[0]到S[255]）,k字节的key内存（从key[0]到key[k-1]），整数i,j和k。

　　进行256的取模操作可以用255的字节AND来进行（在有些平台上，只需简单地进行字节相加，忽略掉溢出即可）。

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