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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
5 P( ?" O# e! v  A6 m% M1 Y/ VRC4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。
: x, P1 a8 s% S2 H0 V! @9 a9 D3 URC4算法特点
" A3 C. G- D" g% ^  `- p4 W$ i- C高效性:RC4算法速度非常快,适用于大规模数据的加密。
# W+ F2 N% q8 ?简单性:RC4算法的实现相对简单,代码量较小。( Y. Q- S  k4 N- ]" r. n/ [+ ~
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。) g8 n% W! a2 z+ ~* O) z
无记忆性:RC4算法不会存储加密状态,每次加密都是独立的。& d( I, U! z* r5 B5 Y
RC4算法原理
+ N- F# k! x* J  A. w. s& {, RRC4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。. \/ `, e! T0 i, y3 U' `# r
RC4密钥初始化
0 l! y7 H# {' e3 i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。
8 O& G+ E; _0 S) j. b) Q4 s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。% N, g, o# ~/ m- P/ G; 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。9 g: r0 u. g0 S6 D& u7 Y$ L* j
密钥流生成
2 y* z3 ?- p3 C2 h9 Y; `. M- t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。1 H$ X- @. P- c- W' e+ O/ p
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。
: |/ D  S# h! A* u0 `- h" H* A6 e数据加密4 G0 Q9 J( x, k$ E$ f% c
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。5 [; d; E7 a% ]+ n
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。
% E% \5 g) p' X6 ~# C- wC语言实现RC4算法
) f8 f( Z4 P' S- X以下是一个简单的C语言实现RC4算法的示例代码:! v) e6 r4 o, J, }! x4 e# ]) N
#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0 s) \' a1 ?* o% l8 M$ E
以下是一个简单的C++语言实现RC4算法的示例代码:
  d7 y5 }# }! ]5 F) p
#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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