RC4

RC4

概述
設計者	羅納德·李維斯特
首次發布	1994年對外公布 (1987年設計)
密碼細節
密鑰長度	40–7003204800000000000♠2048 比特（bits）
狀態長度	7003206400000000000♠2064 bits (7003168400000000000♠1684 effective)
重複回數	1

在密碼學中，RC4（來自Rivest Cipher 4的縮寫）是一種串流加密法，密鑰長度可變。它加解密使用相同的密鑰，因此也屬於對稱加密算法。RC4是有線等效加密（WEP）中採用的加密算法，也曾經是TLS可採用的算法之一。

RC4是由美國密碼學家羅納德·李維斯特（Ronald Rivest）在1987年設計的。由於RC4算法存在弱點，2015年2月所發佈的 RFC 7465 規定禁止在TLS中使用RC4加密算法。

RC4由偽隨機數生成器和異或運算組成。RC4的密鑰長度可變，範圍是[1,255]。RC4一個字節一個字節地加解密。給定一個密鑰，偽隨機數生成器接受密鑰並產生一個S盒。S盒用來加密數據，而且在加密過程中S盒會變化。

由於異或運算的對合性，RC4加密解密使用同一套算法。

歷史

RC4是由RSA Security的羅納德·李維斯特在1987年開發出來的，雖然它的官方名是「Rivest Cipher 4」，但是首字母縮寫RC也可以理解為"Ron's Code"。（見RC2，RC5，RC6）

RC4開始時是商業機密，沒有公開發表出來，但是在1994年9月份的時候，它被人匿名公開在了Cypherpunks 郵件列表上，很快它就被發到了sci.crypt 新聞組上，隨後從這傳播到了互聯網的許多站點。隨之貼出的代碼後來被證明是真實的，因為它的輸出跟取得了RC4版權的私有軟件的輸出是完全相同的。由於算法已經公開，RC4也就不再是商業秘密了，只是它的名字「RC4」仍然是一個註冊商標。RC4經常被稱作是「ARCFOUR」或者"ARC4"（意思是稱為RC4），這樣來避免商標使用的問題。RSA Security從來沒有正式公布這個算法，羅納德·李維斯特在2008年的自己的課程筆記中給出了一個指向RC4的英文維基百科文章的鏈接，並且在2014年的文件中確認了RC4及其代碼的歷史。

RC4已經成為一些協議和標準的一部分，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。

虛擬碼

初始化長度為256的S盒。第一個for循環將0到255的互不重複的元素裝入S盒。第二個for循環根據密鑰打亂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是兩個指針。每收到一個字節，就進行while循環。通過一定的算法（(a),(b)）定位S盒中的一個元素，並與輸入字節異或，得到k。循環中還改變了S盒（(c)）。如果輸入的是明文，輸出的就是密文；如果輸入的是密文，輸出的就是明文。

 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

此算法保證每256次循環中S盒的每個元素至少被交換過一次。

破解

2015年，比利時魯汶大學的研究人員Mathy Vanhoef及Frank Piessens，公布了針對RC4加密演算法的新型攻擊程式，可在75小時內取得cookie的內容。