一、前言

流密碼是對稱密碼算法，是私鑰密碼系統(tǒng)中的一個分組。流密碼的轉(zhuǎn)換是隨”變換”而變換的，像水流一樣源源不斷的產(chǎn)生，是對稱密碼算法，從明文輸入流逐位或逐字節(jié)產(chǎn)生密文輸出。今天我們來初認識一下流密碼和使用最廣泛的流密碼RC4。

二、什么是流密碼

流密碼是私鑰體質(zhì)下的一個對稱加密，類似于簡單算法的”一次一密”，不過”一次一密”是真正的理想密碼只要不能獲得密碼亂碼本，就是完全保密。流密碼使用的是偽隨機數(shù)流，利用密鑰產(chǎn)生一個密鑰流Z=Z1Z2Z3…，然后利用此密鑰流依次對明文X=X0X1X2…進行加密，這樣產(chǎn)生的密碼就是序列密碼，也稱為流密碼。

設(shè)計流密碼的因素

• 加密序列的周期要長，若出現(xiàn)重復(fù)的周期過短，容易被破解
• 密鑰流應(yīng)該盡可能地接近真正隨機數(shù)流的特征
• 密鑰長度要長，以避免瓊窮舉攻擊

流密碼就是使用較短的一串?dāng)?shù)字(叫它密鑰吧)，來生成無限長的偽隨機密碼流，當(dāng)然事實上只需要生成和明文長度一樣的密碼流就夠了。

流密碼是將明文劃分成字符(如單個字母)，或其編碼的基本單元(如0,1數(shù)字)，字符分別與密鑰流作用進行加密，解密時以同步產(chǎn)生的同樣的密鑰流實現(xiàn)。

通俗的講，產(chǎn)生一串序列來作為加密的密鑰流，從密鑰流中按規(guī)則依次選取密鑰，這些不同的密鑰分別來加密每個字符。

流密碼的強度依賴于密鑰序列的隨機性和不可預(yù)測性。

核心在于密鑰流生成器的設(shè)計。

要保證收發(fā)兩端密鑰流的精確同步。

• 種子密鑰
• 信息流(明文流)
• 密文流
• 密鑰流

由此流密碼的基礎(chǔ)上，用較短的密鑰產(chǎn)生無限長的密碼流的方法非常多，其中有一種就叫做RC4。

三、RC4算法基礎(chǔ)介紹

RC4加密算法是大名鼎鼎的RSA三人組中的頭號人物Ron Rivest在1987年設(shè)計的密鑰長度可變的流加密算法簇。RC4算法是一種在電子信息領(lǐng)域加密的技術(shù)手段，用于無線通信網(wǎng)絡(luò)，是一種電子密碼。

在介紹RC4前，說說那個“相加”運算怎么實現(xiàn)?，F(xiàn)在我們把明文的信息限制在Ascii碼字符集內(nèi)(它已經(jīng)能表示所有的英文資料了)

每個字符是一個比特，占8位。

假設(shè)明文是abc，

a、b、c的ascii值分別為

97、98、99 

二進制形式為

01100001、01100010、01100011 

密鑰流和明文長度一樣，假設(shè)是sdf，同樣可以得到二進制流

01110011、01100100、01100110 

讓他們在對應(yīng)位做異或運算就可以得到密文了c語言有^運算符來實現(xiàn)“相加”的操作。

我們就直接對字符進行“相加”即

a^s, b^d, c^f 

二進制形式為

00010010、00000110、00000101 

它們分別表示

ascii碼值為

18、6、5 

的字符，在文本編輯器里打開是亂碼，沒有關(guān)系，反正是密文嘛

四、RC4

該算法是一個可變密鑰長度、面向字節(jié)操作的流密碼。該算法以隨機置換作為基礎(chǔ)，其密碼周期很可能大于10^100，且該算法的運行速度很快。

RC4被用于為網(wǎng)絡(luò)瀏覽器和服務(wù)器間通信而制定的SSL/TLS(安全套接字協(xié)議/傳輸層安全協(xié)議)標(biāo)準(zhǔn)中，以及作為IEEE 801.11無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)一部分的WEP(Wired Equivalent Privacy)協(xié)議和新的WiFi受保護訪問協(xié)議(WAP)中。

從這些應(yīng)用來看，RC4構(gòu)成了當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)通信的非常重要的部分，因此這個算法非常重要。

算法描述

• 首先你指定一個短的密碼，儲存在key[MAX]數(shù)組里，還有一個數(shù)組S[256]，令S[i]=i。然后利用數(shù)組key來對數(shù)組S做一個置換，也就是對S數(shù)組里的數(shù)重新排列，排列算法為
• 利用上面重新排列的數(shù)組 S 來產(chǎn)生任意長度的密鑰流
• 用T產(chǎn)生S 的初始置換，置換偽碼如下，因為對S的操作僅是交換，S仍然包含所有值為 0-255的元素。
• 因為對S 的操作僅是交換，S仍然包含所有值為0-255的元素。

算法代碼

# -*- coding: utf-8 -*-   
 #by yuhao   
 import random, base64   
 from hashlib import sha1   
 def crypt(data, key):   
     x = 0   
     box = range(256)   
     for i in range(256):  
         x = (x + box[i] + ord(key[i % len(key)])) % 256  
         box[i], box[x] = box[x], box[i]   
     x = y = 0   
     out = []   
     for char in data:   
         x = (x + 1) % 256  
         y = (y + box[x]) % 256   
         box[x], box[y] = box[y], box[x]   
         out.append(chr(ord(char) ^ box[(box[x] + box[y]) % 256]))   
     return ''.join(out)      
 def tencode(data, key, encode=base64.b64encode, salt_length=16):    
     salt = ''  
     for n in range(salt_length):  
         salt += chr(random.randrange(256))  
     data = salt + crypt(data, sha1(key + salt).digest())   
     if encode:   
         data = encode(data)  
     return data   
 def tdecode(data, key, decode=base64.b64decode, salt_length=16):   
     """RC4 decryption of encoded data"""   
     if decode:   
         data = decode(data)  
     salt = data[:salt_length]  
     return crypt(data[salt_length:], sha1(key + salt).digest())  
 # 需要加密的數(shù)據(jù)   
 data = 'freebuf hello'   
 # 密鑰   
 key = 'yuhao'  
 # 加碼  
 encoded_data = tencode(datadata=data, keykey=key)  
 print encoded_data  
 # 解碼  
 decoded_data = tdecode(data=encoded_data, keykey=key)  
 print decoded_data  

五、總結(jié)

不過這里有一個小問題，當(dāng)RC4的密鑰長度超過128位時，目前沒有任何攻擊方法能夠破解。不過 WEP協(xié)議易受到一種特殊的攻擊方式攻擊，但這個問題本質(zhì)上并不在與RC4本身，而是RC4密鑰的產(chǎn)生途徑有漏洞