RC4

RC4

概述
设计者	罗纳德·李维斯特
首次发布	1994年对外公布 (1987年设计)
密码细节
密钥长度	40–7003204800000000000♠2048 比特（bits）
状态长度	7003206400000000000♠2064 bits (7003168400000000000♠1684 effective)
重复回数	1

在密码学中，RC4（来自Rivest Cipher 4的缩写）是一种串流加密法，密钥长度可变。它加解密使用相同的密钥，因此也属于对称加密算法。RC4是有线等效加密（WEP）中采用的加密算法，也曾经是TLS可采用的算法之一。

RC4是由美国密码学家罗纳德·李维斯特（Ronald Rivest）在1987年设计的。由于RC4算法存在弱点，2015年2月所发布的 RFC 7465 规定禁止在TLS中使用RC4加密算法。

RC4由伪随机数生成器和异或运算组成。RC4的密钥长度可变，范围是[1,255]。RC4一个字节一个字节地加解密。给定一个密钥，伪随机数生成器接受密钥并产生一个S盒。S盒用来加密数据，而且在加密过程中S盒会变化。

由于异或运算的对合性，RC4加密解密使用同一套算法。

历史

RC4是由RSA Security的罗纳德·李维斯特在1987年开发出来的，虽然它的官方名是“Rivest Cipher 4”，但是首字母缩写RC也可以理解为"Ron's Code"。（见RC2，RC5，RC6）

RC4开始时是商业机密，没有公开发表出来，但是在1994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真实的，因为它的输出跟取得了RC4版权的私有软件的输出是完全相同的。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"（意思是称为RC4），这样来避免商标使用的问题。RSA Security从来没有正式公布这个算法，罗纳德·李维斯特在2008年的自己的课程笔记中给出了一个指向RC4的英文维基百科文章的链接，并且在2014年的文件中确认了RC4及其代码的历史。

RC4已经成为一些协议和标准的一部分，如1997年的WEP和2003年的WPA；和1995年的SSL，以及1999年的TLS。2015年由 RFC 7465 禁止RC4在所有版本的TLS中使用。

虚拟码

初始化长度为256的S盒。第一个for循环将0到255的互不重复的元素装入S盒。第二个for循环根据密钥打乱S盒。

 for i from 0 to 255
     S[i] := i
 endfor
 j := 0
 for( i=0 ; i<256 ; i++)
     j := (j + S[i] + key[i mod keylength]) % 256
     swap values of S[i] and S[j]
 endfor

下面i,j是两个指针。每收到一个字节，就进行while循环。通过一定的算法（(a),(b)）定位S盒中的一个元素，并与输入字节异或，得到k。循环中还改变了S盒（(c)）。如果输入的是明文，输出的就是密文；如果输入的是密文，输出的就是明文。

 i := 0
 j := 0
 while GeneratingOutput:
     i := (i + 1) mod 256   //a
     j := (j + S[i]) mod 256 //b
     swap values of S[i] and S[j]  //c
     k := inputByte ^ S[(S[i] + S[j]) % 256]
     output K
 endwhile

此算法保证每256次循环中S盒的每个元素至少被交换过一次。

破解

2015年，比利时鲁汶大学的研究人员Mathy Vanhoef及Frank Piessens，公布了针对RC4加密算法的新型攻击程式，可在75小时内取得cookie的内容。