讚賞碼 & 聯繫方式 & 個人閒話
【實驗名稱】RC4加/解密算法
【實驗目的】
1、理解流密碼的概念及相關結構；
2、理解並能夠編寫基本的流密碼體制；
3、熟練應用一種編程語言實現RC4密碼算法體制。
【實驗原理】
RC4算法是一種序列密碼體制或稱流密碼體制，其加密密鑰和解密密鑰相同RC4的密鑰長度可變，但爲了確保哪去安全強度，目前RC4至少使用128位的密鑰。
用1~256個字節（8~2048位）的可變長度密鑰初始化一個256個字節的狀態向量S，S的元素記爲S[0]，S[1],…,S[255]，從始至終置換後的S包含從0到255的所有8位數。對於加密和解密，字節K是從S的255個元素中按一種系統化的方式選出的一個元素生成的。每生成一個K的值，S中的元素個體就被重新置換一次。
【實驗內容】
實驗內容：編程實現RC4加/解密算法。
RC4算法是一種流加密算法，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。而其當密鑰長度足夠長時，用暴力法破解密鑰已經不太現實，所以可以抵禦暴力搜索的攻擊。
RC4算法主要有：初始化、產生密鑰流、加解密三部分。初始化的目的是使用密鑰將S-box攪亂，使得S-box的每個元素都得到處理並是隨機的。隨後根據明文和密鑰生成相應的密鑰流。最後將密鑰流同明文異或即可得到密文，再將其於密文異或即可得到明文。
根據以上思路，編寫C語言代碼如下：
#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
char input[256];
printf("請輸入需要加密的數據：\n");
scanf("%s",input);
char key[256];
printf("請輸入密鑰：\n");
scanf("%s",key);
//初始化
char s[256] = { '0' };
int i = 0, j = 0;
char t[256] = { '0' };
char temp;
for (i = 0; i<256; i++)
{
s[i] = i;
t[i] = key[i%strlen(key)];
}
for (i = 0; i<256; i++)
{
j = (j + s[i] + t[i]) % 256;
temp = s[i];
s[i] = s[j];
s[j] = temp;
}
//產生密鑰流
char k[256] = { '0' };
i = 0; j = 0;
int p = 0, r = 0;
int length = strlen(input);
for (r = 0; r < length; r++)
{
i = (i + 1) % 256;
j = (j + s[i]) % 256;
temp = s[i];
s[i] = s[j];
s[j] = temp;
p = (s[i] + s[j]) % 256;
k[r] = s[p];
}
//加密
char output[256] = { '0' };
for (r = 0; r < length; r++)
{
output[r] = input[r] ^ k[r];
}
printf("加密後密文爲：%s\n", output);
//解密
char result[256] = { '0' };
for (r = 0; r < length; r++)
{
result[r] = output[r] ^ k[r];
}
printf("解密後明文爲：%s\n", result);
return 0;
}
程序執行結果如下：
至此實驗順利完成。
【小結或討論】
這一次的RC4算法比上一次的實驗難度有所增加。我一開始是使用Matlab語言編寫的。但Matlab語言對此實驗存在一定的不足之處，比如Matlab語言比C語言相對更高級一些，不像C語言一樣能非常方便地控制字符串的編碼格式和數值，它的定義變量時甚至不用規定變量類型。而且Matlab的數組下標從1開始，其對中文字符的編碼格式也有一定的特殊之處。
我先是將RC4算法加入了自己的想法和調整以適應Matlab語言的格式，並且順利得出了實驗結果。但是我們知道，RC4算法加解密都是通過異或來實現，兩次異或完全可以相互抵消，這爲我們代碼的糾錯和調整帶來了不便。
所以爲了按照流程寫出一個相對標準的RC4算法，我使用C語言將這次實驗重新做了一遍，得出瞭如上文的實驗結果。在重寫的過程中，進一步加深了我對基本的流密碼體制的理解。