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[C/C++/Qt] C/C++之流加密算法(RC4)

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发表于 2023-10-23 13:49:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
概述
" K0 |; L" T( `3 p" W5 E# PRC4算法,又称Rivest Cipher 4或Ron's Code 4,是一种流密码(Stream Cipher)算法。它是由Ron Rivest于1987年设计,并且迅速在互联网上得到广泛应用。RC4算法以变换密钥流为主要方式,将明文数据与密钥进行异或运算,从而实现数据加密。$ y, _! o/ u* ?- Q1 U4 Y
RC4算法特点, j/ ^  s' M& _3 i. k0 K
高效性:RC4算法速度非常快,适用于大规模数据的加密。, K- L" Z( l/ G6 m6 h# [+ X& J
简单性:RC4算法的实现相对简单,代码量较小。2 S* }! W# r: d. t  @* y
适用性:RC4算法适用于各种数据类型,包括文本和二进制数据。( y! T$ C9 S+ H3 g1 D
无记忆性:RC4算法不会存储加密状态,每次加密都是独立的。1 i8 h; F$ L  F( e) [
RC4算法原理
( \! s( S7 f: U5 iRC4算法的核心原理是生成一个伪随机密钥流(Pseudo-Random Key Stream),然后将此密钥流与明文进行异或操作,从而得到密文。( W1 R- i8 ?3 D+ @
RC4密钥初始化" P+ \4 P& D( P! w; [4 e( w
初始化S盒(S-box):创建一个256字节的S盒,其中包含0-255的所有可能值。
5 {, r* F2 l, {+ v7 ~密钥排列(Key Scheduling):将密钥以循环方式排列在S盒中,以增加密钥的复杂性。
4 a4 y, m, z% @+ I( w初始置换(Initial Permutation):通过与S盒的交换操作来进一步混淆S盒。
! A) Z3 k5 A# w: {/ k1 |密钥流生成
4 k' u6 C" q) B7 u, Q生成密钥流(Key Stream):RC4算法通过对S盒中的值进行一系列的置换和交换操作,生成伪随机的密钥流。
) A- h% L: ~5 `; y" V" _: K/ M3 i9 ?) t, l密钥流生成的过程是RC4算法的核心,它确保了生成的密钥流具有统计上的随机性。9 [9 i. h$ x/ z: r) b3 \* ?
数据加密/ _  B) R' r3 ^0 T) q) [
将生成的密钥流与明文数据进行逐字节的异或操作,得到密文数据。" q  D2 Z% Q) K8 W1 h  V1 s7 C
解密时,使用相同的密钥再次进行异或操作,即可还原明文数据。4 r8 n* X: S0 P
C语言实现RC4算法
7 B$ Y: b1 t; E' V  G以下是一个简单的C语言实现RC4算法的示例代码:2 x* s+ [$ A; R6 S
#include <stdio.h>
void rc4_init(unsigned char *key, int key_length, unsigned char *S)
{
    for (int i = 0; i < 256; i++) {
        S[i] = i;
    }
    int j = 0;
    for (int i = 0; i < 256; i++) {
        j = (j + S[i] + key[i % key_length]) % 256;
        // Swap S[i] and S[j]
        unsigned char temp = S[i];
        S[i] = S[j];
        S[j] = temp;
    }
}
void rc4_encrypt(unsigned char *data, int data_length, unsigned char *S)
{
    int i = 0;
    int j = 0;
    for (int k = 0; k < data_length; k++) {
        i = (i + 1) % 256;
        j = (j + S[i]) % 256;
        // Swap S[i] and S[j]
        unsigned char temp = S[i];
        S[i] = S[j];
        S[j] = temp;
        // Encrypt data
        data[k] ^= S[(S[i] + S[j]) % 256];
    }
}
int main()
{
    unsigned char key[] = "SecretKey";
    unsigned char data[] = "Hello, RC4!";
    int key_length = 9;
    int data_length = 12;
    unsigned char S[256];
    rc4_init(key, key_length, S);
    rc4_encrypt(data, data_length, S);
    printf("Encrypted data: ");
    for (int i = 0; i < data_length; i++) {
        printf("%02X ", data[i]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}
C++语言实现RC4算法
; j: @& A: B/ e! w7 B以下是一个简单的C++语言实现RC4算法的示例代码:
& B9 z; F! a) m- z; P& Z
#include <iostream>
#include <vector>
void rc4_init(std::vector<unsigned char>& key, std::vector<unsigned char>& S)
{
    for (int i = 0; i < 256; i++) {
        S[i] = i;
    }
    int j = 0;
    for (int i = 0; i < 256; i++) {
        j = (j + S[i] + key[i % key.size()]) % 256;
        // Swap S[i] and S[j]
        std::swap(S[i], S[j]);
    }
}
void rc4_encrypt(std::vector<unsigned char>& data, std::vector<unsigned char>& S)
{
    int i = 0;
    int j = 0;
    for (size_t k = 0; k < data.size(); k++) {
        i = (i + 1) % 256;
        j = (j + S[i]) % 256;
        // Swap S[i] and S[j]
        std::swap(S[i], S[j]);
        // Encrypt data
        data[k] ^= S[(S[i] + S[j]) % 256];
    }
}
int main()
{
    std::vector<unsigned char> key = {'S', 'e', 'c', 'r', 'e', 't', 'K', 'e', 'y'};
    std::vector<unsigned char> data = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', ',', ' ', 'R', 'C', '4', '!'};
    std::vector<unsigned char> S(256);
    rc4_init(key, S);
    rc4_encrypt(data, S);
    std::cout << "Encrypted data: ";
    for (size_t i = 0; i < data.size(); i++) {
        std::cout << std::hex << static_cast<int>(data[i]) << ' ';
    }
    std::cout << std::dec << std::endl;
    return 0;
}
这两个示例展示了如何在C和C++中实现RC4算法,用于对数据进行加密。请注意,这只是一个基本的示例,实际应用中需要更多的安全性和错误处理。安全应用中,应使用更安全的密钥管理方法和更复杂的加密库。
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