Crypto基础篇-RC4

RC4其实在 CTF 中的 RE 方向考的比较多，但是作为密码手还是需要学习了解一下的。

概念

RC4是一种流密码，它具有运算速度快、实现简单、占用资源少的特点，广泛应用于早期的 WEP、TLS 等协议中。
它是一种对称密码，其加密解密所使用的密钥是相同的，且密钥长度可变，范围是 1~255。

算法

算法主要由两部分组成：

S 盒初始化（KSA）

S 盒是一个长度为 256 的字节数组（S[0]~S[255]），KSA 的作用是用密钥对 S 盒进行置乱，使其具备随机性：

• 步骤 1：初始化 S 盒，令 S[i] = i（i 从 0 到 255）；
• 步骤 2：初始化另一个临时数组 T（长度也为 256），将密钥 Key 循环填充到 T 中，则T [i] = Key [i % len (Key)]；
• 步骤 3：置乱 S 盒：维护一个索引变量 j=0，遍历 i 从 0 到 255，执行：j = (j + S[i] + T[i]) % 256和交换。

int i,j=0;
for(i = 0;i < 256;i++)   //创建并初始化S
    S[i] = i;             
for(i = 0;i < 256;i++)
{
    j = (j+S[i]+T[i%len(T)])%256;
    swap(S[i],S[j]);
}

密钥流生成（PRGA）

PRGA 基于置乱后的 S 盒，生成与明文长度相同的密钥流：

int i=0,j=0;
int m,key;
for(m=0;m<L;m++)   //L为明文字节长度
{
	i=(i+1)%256;
	j=(j+S[i])%256;
	Swap(S[i],S[j])
	key=S[(S[i]+S[j])%256];
	flag[m]^=key;
}

加解密代码实现

RC4 的加解密的密钥和算法都是相同的。

def rc4(data: bytes, key: bytes) -> bytes:
    # 初始化 S 盒
    S = list(range(256))
    j = 0

    # KSA：Key Scheduling Algorithm
    for i in range(256):
        j = (j + S[i] + key[i % len(key)]) % 256
        S[i], S[j] = S[j], S[i]

    # PRGA：Pseudo-Random Generation Algorithm
    i = j = 0
    result = bytearray()
    for byte in data:
        i = (i + 1) % 256
        j = (j + S[i]) % 256
        S[i], S[j] = S[j], S[i]
        K = S[(S[i] + S[j]) % 256]
        result.append(byte ^ K)

    return bytes(result)



if __name__ == "__main__":
    key = b"TooManyEmojiButWhatIsNext?"
    plaintext = b"SiestaTime"
    
    # 加密
    ciphertext = rc4(plaintext, key)
    print("Ciphertext (hex):", ciphertext.hex())

    # 解密
    decrypted = rc4(ciphertext, key)
    print("Decrypted:", decrypted.decode())